Развитие экспериментальных умений школьников в процессе обучения физике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации Нижнетагильский государственный социально-педагогический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный профессионально-педагогический университет"

Факультет естествознания, математики и информатики

Кафедра естественных наук и физико-математического образования

Направление подготовки 050100.62 Педагогическое образование,

Профиль "Физико-математическое образование"

Выпускная квалификационная работа

Развитие экспериментальных умений школьников в процессе обучения физике

Исполнитель: Климов Юрий Евгеньевич

Руководитель: Баженова И.И., доцент

кафедры естественных наук и

физико-математического образования, к.п.н.

Нижний Тагил

2016



Оглавление

Введение

Глава 1. Теоретические основы развития экспериментальных умений учащихся

1.1 Требования Федерального государственного образовательного стандарта к естественнонаучной подготовке учащихся

1.2 Структура учебной экспериментальной деятельности

1.3 Роль, функции и классификация учебного физического эксперимента в процессе обучения физике

Глава 2. Особенности развития экспериментальных умений на уроках физики

2.1 Деятельность учителя физики в процессе развития экспериментальных умений учащихся

2.2 Развитие экспериментальных умений школьников на уроках физики в 7 классе

Заключение

Список использованных источников

Приложение



Введение

Наблюдение, само по себе, без совмещения с другими методами научного исследования, делает возможным изучить лишь внешние признаки явлений и предметов. Более глубокие знания о сущности явлений и свойствах предметов могут быть получены с помощью экспериментального и теоретического методов исследования.

Теоретический метод предполагает анализ экспериментальных фактов, наблюдаемых явлений с позиции соответствующих теорий. Он позволяет предсказать ход наблюдаемых явлений, изменение свойств тел при изменении условий.

Под экспериментом понимают научно поставленный опыт, наблюдение исследуемого явления в точно учитываемых условиях, позволяющих следить за ходом явления и воссоздать его каждый раз при повторении этих условий (Рязанцев, 2011). Экспериментальный метод дает возможность установить причинно-следственные связи между явлениями, связь между величинами, характеризующими свойства тел и явлений.

Эксперимент составляет важнейшую сторону практики, являющейся основой познания и критерием истинности результатов познания. С помо-щью эксперимента наука может не только объяснять различные явления материального мира, но и овладевать ими. Именно поэтому эксперимент является одним из основных средств связи науки с производством.

Учебный эксперимент не тождествен с научным, но имеет ряд общих с ним черт. Обширное применение эксперимента в школьном обучении способствует формированию у учащихся правильного представления об особенностях научного эксперимента и сущности этого метода научного познания. Значение учебного физического эксперимента возрастает и это можно обосновать требованиями ФГОС ООО и региональной концепции развития образования.

Согласно ФГОС ООО изучение предметной области "Естественно - научные предметы" должно обеспечить:

· овладение умениями формулировать гипотезы, конструировать, проводить эксперименты, оценивать полученные результаты;

· овладение умением сопоставлять экспериментальные и теоретические знания с объективными реалиями жизни;

· формирование умений безопасного и эффективного использования лабораторного оборудования, проведения точных измерений и адекватной оценки полученных результатов.

С другой стороны, согласно "Концепции уральской инженерной школы", одной из задач довузовской подготовки является: сформировать у учащихся навыки практической деятельности, необходимой для ведения исследовательских, лабораторных и конструкторских работ, для овладения рабочими и инженерными специальностями по выбранному профилю деятельности ссылка.

Наличие вышеуказанного определяет актуальность проблемы, поставленной автором работы, заключающейся в поиске ответа на проблемный вопрос: "Каковы требования к современной методике обучения физике в школе, чтобы процесс обучения школьников создавал необходимые условия для реализации требований федерального стандарта и регионального компонента?"

Объект исследования: методика развития экспериментальных умений школьников в процессе обучения физике.

Предмет исследования: методика развития экспериментальных умений учащихся 7 класса на уроках физики.

Цель исследования: на основе анализа особенностей содержания и структуры экспериментальной деятельности, а также требований ФГОС ООО разработать методические материалы для развития экспериментальных умений учащихся 7 класса на уроках физики.

Задачи исследования:

1. Проанализировать требования Федерального государственного стандарта основного общего образования к естественнонаучной подготовке учащихся.

2. Раскрыть дидактические понятие, дидактические функции, психолого-педагогические требования и классификацию учебного физического эксперимента.

3. Изучить структуру экспериментальных умений школьников и определить условия их развития в процессе обучения физике.

4. Разработать дидактические материалы, направленные на развитие экспериментальных умений школьников в процессе обучения физике.

Методы исследования: анализ и систематизация научно-методической литературы, анкетирование учителей, метод интервью со школьными учителями и студентами

Практическая значимость исследования: разработанные нами материалы могут использоваться в работ школьных учителей, а также в ходе педагогической практике студентов по физике.

Структура и объем ВКР: работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы и приложений.



Глава 1. Теоретические основы развития экспериментальных умений учащихся

1.1 Требования Федерального государственного образовательного стандарта к естественнонаучной подготовке учащихся

Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (далее - Стандарт) представляет собой совокупность требований, обязательных при реализации основной образовательной программы основного общего образования образовательными учреждениями, имеющими государственную аккредитацию.

Стандарт включает в себя требования:

· к результатам освоения основной образовательной программы основного общего образования;

· к структуре основной образовательной программы основного общего образования, в том числе требования к соотношению частей основной образовательной программы и их объёму, а также к соотношению обязательной части основной образовательной программы и части, формируемой участниками образовательного процесса;

· к условиям реализации основной образовательной программы основного общего образования, в том числе к кадровым, финансовым, материально- техническим и иным условиям. Требования к результатам, структуре и условиям освоения основной образовательной программы основного общего образования учитывают возрастные и индивидуальные особенности обучающихся на ступени основного общего образования, включая образовательные потребности обучающихся с ограниченными возможностями здоровья и инвалидов, а также значимость ступени общего образования для дальнейшего развития обучающихся.

Стандарт является основой для разработки системы объективной оценки уровня образования обучающихся, на ступени основного общего образования.

Стандарт разработан с учётом региональных, национальных и этнокультурных потребностей народов Российской Федерации.

Стандарт направлен на обеспечение:

· формирования российской гражданской идентичности обучающихся;

· единства образовательного пространства Российской Федерации;

· сохранения и развития культурного разнообразия и языкового наследия многонационального народа Российской Федерации, реализации права на изучение родного языка, возможности получения основного общего образования на родном языке, овладения духовными ценностями и культурой многонационального народа России;

· доступности получения качественного основного общего образования;

· преемственности основных образовательных программ начального общего, основного общего, среднего (полного) общего, профессионального образования;

· духовно-нравственного развития, воспитания обучающихся и сохранения их здоровья;

· развития государственно-общественного управления в образовании;

· формирования содержательно-критериальной основы оценки результатов освоения обучающимися основной образовательной программы основного общего образования, деятельности педагогических работников, образовательных учреждений, функционирования системы образования в целом;

· условий создания социальной ситуации развития обучающихся, обеспечивающей их социальную самоидентификацию посредством личностно значимой деятельности.

В основе Стандарта лежит системно-деятельностный подход, который обеспечивает:

· формирование готовности к саморазвитию и непрерывному образованию;

· проектирование и конструирование социальной среды развития обучающихся в системе образования;

· активную учебно-познавательную деятельность обучающихся;

· построение образовательного процесса с учётом индивидуальных возрастных, психологических и физиологических особенностей обучающихся.

Стандарт ориентирован на становление личностных характеристик выпускника ("портрет выпускника основной школы"):

· любящий свой край и своё Отечество, знающий русский и родной язык, уважающий свой народ, его культуру и духовные традиции;

· осознающий и принимающий ценности человеческой жизни, семьи, гражданского общества, многонационального российского народа, человечества;

· активно и заинтересованно познающий мир, осознающий ценность труда, науки и творчества;

· умеющий учиться, осознающий важность образования и самообразования для жизни и деятельности, способный применять полученные знания на практике;

· социально активный, уважающий закон и правопорядок, соизмеряющий свои поступки с нравственными ценностями, осознающий свои обязанности перед семьёй, обществом, Отечеством;

· уважающий других людей, умеющий вести конструктивный диалог, достигать взаимопонимания, сотрудничать для достижения общих результатов;

· осознанно выполняющий правила здорового и экологически целесообразного образа жизни, безопасного для человека и окружающей его среды;

· ориентирующийся в мире профессий, понимающий значение профессиональной деятельности для человека в интересах устойчивого развития общества и природы.

Метапредметные результаты освоения основной образовательной программы основного общего образования должны отражать:

· умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности;

· умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач;

· умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности в процессе достижения результата, определять способы действий в рамках предложенных условий и требований, корректировать свои действия в соответствии с изменяющейся ситуацией;

· умение оценивать правильность выполнения учебной задачи, собственные возможности её решения;

· владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности;

· умение определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии, классифицировать, самостоятельно выбирать основания и критерии для классификации, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение, умозаключение (индуктивное, дедуктивное и по аналогии) и делать выводы;

· умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач;

· смысловое чтение;

· умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учёта интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать своё мнение;

· умение осознанно использовать речевые средства в соответствии с задачей коммуникации для выражения своих чувств, мыслей и потребностей; планирования и регуляции своей деятельности; владение устной и письменной речью, монологической контекстной речью;

· формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий (далее ИКТ-компетенции);

· формирование и развитие экологического мышления, умение применять его в познавательной, коммуникативной, социальной практике и профессиональной ориентации.

Предметные результаты освоения основной образовательной программы основного общего образования с учётом общих требований Стандарта и специфики изучаемых предметов, входящих в состав предметных областей, должны обеспечивать успешное обучение на следующей ступени общего образования. Естественно - научные предметы. Изучение предметной области "Естественно - научные предметы" должно обеспечить:

· формирование целостной научной картины мира;

· понимание возрастающей роли естественных наук и научных исследований в современном мире, постоянного процесса эволюции научного знания, значимости международного научного сотрудничества;

· овладение научным подходом к решению различных задач;

· овладение умениями формулировать гипотезы, конструировать, проводить эксперименты, оценивать полученные результаты;

· овладение умением сопоставлять экспериментальные и теоретические знания с объективными реалиями жизни;

· воспитание ответственного и бережного отношения к окружающей среде;

· овладение экосистемной познавательной моделью и ее применение в целях прогноза экологических рисков для здоровья людей, безопасности жизни, качества окружающей среды;

· осознание значимости концепции устойчивого развития;

· формирование умений безопасного и эффективного использования лабораторного оборудования, проведения точных измерений и адекватной оценки полученных результатов, представления научно обоснованных аргументов своих действий, основанных на межпредметном анализе учебных задач.

Предметные результаты изучения предметной области "Естественно - научные предметы" по физике должны отражать:

· формирование представлений о закономерной связи и познаваемости явлений природы, об объективности научного знания; о системообразующей роли физики для развития других естественных наук, техники и технологий; научного мировоззрения как результата изучения основ строения материи и фундаментальных законов физики;

· формирование первоначальных представлений о физической сущности явлений природы (механических, тепловых, электромагнитных и квантовых), видах материи (вещество и поле), движении как способе существования материи; усвоение основных идей механики, атомно-молекулярного учения о строении вещества, элементов электродинамики и квантовой физики; овладение понятийным аппаратом и символическим языком физики;

· 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;

· понимание физических основ и принципов действия (работы) машин и механизмов, средств передвижения и связи, бытовых приборов, промышленных технологических процессов, влияния их на окружающую среду; осознание возможных причин техногенных и экологических катастроф; образовательный стандарт естественнонаучный эксперимент

· осознание необходимости применения достижений физики и технологий для рационального природопользования;

· овладение основами безопасного использования естественных и искусственных электрических и магнитных полей, электромагнитных и звуковых волн, естественных и искусственных ионизирующих излучений во избежание их вредного воздействия на окружающую среду и организм человека;

· развитие умения планировать в повседневной жизни свои действия с применением полученных знаний законов механики, электродинамики, термодинамики и тепловых явлений с целью сбережения здоровья;

· формирование представлений о нерациональном использовании природных ресурсов и энергии, загрязнении окружающей среды как следствие несовершенства машин и механизмов.

Таким образом, программы предметной области "Естественно - научные предметы" должны обеспечивать достижение планируемых результатов освоения основной образовательной программы основного общего образования и разрабатываться на основе требований к результатам освоения основной образовательной программы с учётом основных направлений программ, включённых в структуру основной образовательной программы. (Федеральные...[эл.ресурс]URL: http://минобрнауки.рф/документы/543)

1.2 Структура учебной экспериментальной деятельности

Существует два метода научного познания теоретический и экспериментальный. Для теоретического уровня познания характерны следующие методы: теоретический анализ, выдвижение гипотезы, моделирование, мысленный эксперимент, теоретическое обобщение, дедуктивные выводы. Экспериментальный уровень познания включает в себя следующие методы: наблюдение, выдвижение гипотезы, абстрагирование и идеализация, экспериментальная проверка гипотезы, анализ результатов, эмпирическое обобщение (Методы... [эл. ресурс]. URL: http://mpf.uni-altai.ru/pages/test/mof1.doc).

В учебном процессе используются оба метода: теоретический метод реализуется при введении и трактовке основных понятий, законов и теорий, экспериментальный метод реализуется в различных формах учебного эксперимента. Оба метода познания связаны, экспериментальный выявляет новые факты науки, тем самым, стимулируя развитие теоретических исследований. Теоретические методы исследования развивают и конкретизируют новые факты, направляют и ориентируют экспериментальные исследования.

В процессе обучения физике школьники учатся наблюдать явления в окружающей природе или в ходе демонстрируемых учителем опытов. Наблюдение и описание опытных фактов учащиеся проводят при выполнении лабораторных работ, в физическом практикуме, в домашних опытах и наблюдениях. В результате сравнения и анализа наблюдаемых явлений учащиеся могут приходить к эмпирическим обобщениям на основе индуктивных умозаключений (Методы... [эл. ресурс]. URL: http://mpf.uni-altai. ru/pages/test/mof1.doc). Рассмотрим более подробно экспериментальный метод познания.

Экспериментальный метод предполагает активное и целенаправленное вмешательство в протекание изучаемого процесса, соответствующее изменение объекта или его воспроизведение в специально созданных и контролируемых условиях (Кохановский, 1999). Экспериментальный метод в физике включает в себя теоретическую и практическую подготовку эксперимента. Сюда входят: формулирование гипотезы; постановка вопроса; выдвижение познавательной задачи; создание экспериментальной установки; проведение эксперимента в кoнтpолиpуемых исследователем условиях, проведение измерений; анализ экспериментальных данных, описание открытого явления и его свойств, формулирование научного вывода или положения (Ким, 2012).

В изучении физики учебный эксперимент играет очень важную роль. Без его использования невозможно добиться полноценного усвоения базовых знаний по физике (Каменецкий, 2000). Раньше в качестве основной цели физического образования ставилось формирование у школьников глубоких и прочных знаний основ физики, то теперь на первое место выходит развитие и воспитание учащегося, его подготовка к выбору профессии, развитие творческих способностей, формирование мотивов учения (Подласый, 1999)

Рассмотрим далее структуру физического эксперимента: на основе выдвинутой гипотезы моделируются содержание, ход эксперимента и его цель. Когда содержание эксперимента определено, разрабатывается способ и методика его осуществления.

Например, экспериментальному изучению зависимости между давлением и объемом данной массы газа предшествует гипотеза, согласно которой давление газа должно увеличиваться при уменьшении объема газа (что вытекает из молекулярно-кинетической теории газа). Из высказанного предположения вытекает содержание опыта: измерение давления газа при изменении его объема, которое также строго учитывается. На постановку опыта накладываются ограничения - в нем должно быть исключено влияние температуры и массы газа. Отсюда следует вывод: нужно поставить опыт так, чтобы температура и масса газа оставались постоянными. Дальнейшая задача заключается в разработке методики постановки опыта, удовлетворяющей указанным условиям (изменение объема данной массы газа при постоянной температуре; возможность измерения давления при любом изменении объема).

Все это составляет проектирование эксперимента, которое представляет первый этап на пути к осуществлению эксперимента. Задача второго этапа заключается в создании материально-технических условий, необходимых для непосредственного осуществления эксперимента (приборы, установки, помещение). Только теперь может быть поставлен собственно сам эксперимент.

Эксперимент включает наблюдения, измерения и запись результатов наблюдений и измерений. Но данным этапом он не заканчивается. Завершающей частью является теоретический анализ и математическая обработка результатов измерений. Конечную цель эксперимента представляют выводы, которые формулируются в результате этой обработки.

Рассмотренные этапы научного эксперимента в той или иной мере присутствуют в учебном эксперименте. Чем выше уровень самостоятельности учащихся, тем полнее представлены все эти этапы.

Рассмотрим формы учебного физического эксперимента по мнению доктора педагогических наук Шамало Т.Н. (Шамало, 1986).

Критерии отбора эксперимента прежде всего определяются функциями эксперимента в данной учебной ситуации. Чтобы принять решение о выборе эксперимента, в первую очередь необходимо выяснить какую функцию он будет выполнять в данном случае.

Следующий шаг будет сделан учителем при выборе формы проведения эксперимента, которая должна находиться в прямой связи с дидактической целью урока и его дидактической структурой. При выборе формы надо учитывать предыдущий чувственный опыт учащихся, уровень абстрактного мышления, степень утомления, наличие оборудования в физическом кабинете и многое другое. Но самый существенный аргумент для окончательного решения - возможность обеспечения при постановке данного опыта органической связи между словесными и наглядными элементами урока.

При постановке работ в исследовательской форме учащиеся приходят к решению той или иной проблемы на основе обобщения экспериментальных результатов. Данная форма хорошо вписывается в уроки при индуктивном методе формирования понятий.

Демонстрационный эксперимент или работы практикума, поставленные в исследовательской форме, позволяют формировать у учащихся обобщённые экспериментальные умения. Для этого учащимся предлагают некоторые алгоритмические предписания, детализация и стилистическое оформление которых меняются в зависимости от их возрастных особенностей и степени подготовленности к такой работе.

Исследовательская форма постановки учебного эксперимента является мощным средством развития интереса к предмету, подготовки учащихся к самостоятельной творческой работе (Разумовский, 1975). Однако данная форма проведения учебного эксперимента при всех её достоинствах имеет и недостатки: она занимает много времени на уроке; для постановки такого эксперимента требуются точные приборы и определённые экспериментаторские навыки.

При использовании дедуктивного метода изложения материала наиболее удобной и логически верной является иллюстративная форма учебного эксперимента. На основе теоретических выкладок и логических рассуждений учитель подводит учащихся к решению той или иной задачи и вместе с ними делает окончательный вывод в виде умозаключения или формулы. Затем с помощью эксперимента иллюстрирует одно из проявлений закономерности или следствия. либо правильность расчётов.

Использование эксперимента в иллюстративной форме даёт возможность подтвердить правильность догадок и расчётов, у учащихся появляется уверенность в своих знаниях, формируются научные убеждения, развивается интерес к предмету. Такая форма эксперимента занимает сравнительно мало времени и хорошо вписывается в урок.

При использовании репрезентативной формы учебного эксперимента (комбинированная форма или форма сочетания реального и мысленного экспериментов) изучаемое явление воспроизводится частично или совсем не воспроизводится. Производя мыслительные операции различной сложности, учащиеся очень часто испытывают необходимость опереться на чувственные образы. При использовании такой дидактической формы постановки эксперимента основная информация, которая передаётся учащимся заключена в словесном изложении.

Данную форму можно применять когда учащиеся видели подобную демонстрацию. Учитель при этом ограничивается словесным описанием, демонстрацией оборудования и осуществлением отдельных этапов эксперимента.

Фантологическая форма постановки эксперимента(мысленный эксперимент) представляет собой осуществление под руководством учителя мыслительной деятельности учащихся по созданию некоторого образа воображения.

Мысленный эксперимент на уроках возможно применять только в тех случаях, когда учащиеся достаточно легко оперируют образами и сравнительно мало нуждаются в дополнительной наглядности. Но и в этих условиях учителю необходимо опираться на схемы, рисунки, модели.

Рассмотрим далее психолог-педагогические требования к проведению учебного физического эксперимента по мнению доктора педагогических наук Шамало Т.Н. (Шамало, 1986)

Самым важным требованием к постановке учебного эксперимента является выразительность демонстрации. Под этим понимается выделение демонстрируемого явления за счёт сведения к минимуму побочных явлений, которые могут дать повод к неправильному толкованию опыта.

Так как демонстрации воспринимаются одновременно группой учащихся, важно обеспечить видимость эксперимента.

Эффективность эксперимента также во многом зависит от выполнения требования надежности. Под этим понимают получение желаемого результата с достаточной степенью точности и повторение этих результатов при одних и тех же начальных условиях и параметрах явления.

Для создания яркого образа представления, который дольше сохранится в памяти, необходимо выполнение требования яркости зрительного образа. Окраска, форма, расположение, размеры приборов играют в этом процессе важную роль. Нельзя забывать, что тут значительна та психологическая установка, которая создаётся учителем в ходе объяснения нового материала.

При проведении учебного эксперимента нужно учитывать возрастные особенности учащихся. Следовательно необходимо выполнять требование доступности той информации, которую должен нести учащимся данный эксперимент.

При выборе эксперимента следует учитывать его эмоциональное воздействие. Эксперимент должен вызывать у учащихся различные эмоции: удовольствие, уверенность в своих знаниях, восхищение, удивление, любопытство, недоумение.

Важным фактором при разработке и выборе эксперимента является простота и кратковременность подготовки опыта.

Также не надо забывать, что при подготовке и проведении эксперимента учитель должен соблюдать правила безопасности (Шамало, 1986).

Из сказанного выше следует, что обучение школьников методике учебного эксперимента должно включать формирование следующих умений:

1) самостоятельное формулирование цели опыта;

2) формулировка и обоснование гипотезы, закладываемой в основу эксперимента;

3) выявление условий, необходимых для постановки опыта;

4) проектирование эксперимента;

5) отбор необходимых; приборов и материалов;

6) сборка экспериментальной установки и создание необходимых условий для выполнения опыта;

7) выполнение измерений;

8) проведение наблюдений;

9) фиксирование (кодирование) результатов измерений и наблюдений;

10) математическая обработка результатов измерений;

11) анализ результатов и формулировка выводов.

Структура учебной экспериментальной деятельности отражает в себе эмпирический метод научного познания, но как вытекает из всего выше сказанного теория тоже важна. Во время экспериментальной деятельности можно прибегать к различным формам эксперимента, но при этом нужно учитывать и психолого-педагогические требования к проведению эксперимента.

1.3 Роль, функции и классификация учебного физического эксперимента в процессе обучения физике

В изучении физики источником знаний и методом исследования является эксперимент. Школьный учебный эксперимент представляет собой отражение научного метода изучения физических явлений, поэтому ему должны быть присущи основные элементы физического эксперимента (Бугаев, 1981). Изучение курса физики в школе должно опираться на эксперимент. Демонстрация опытов на уроках, воспроизведение некоторых из них с помощью видеоаппаратуры, выполнение лабораторных работ составляют основу экспериментального обучения физике. Учебный эксперимент является основным средством наглядности при изучении физики. Если знания о физических явлениях будут получены учащимися в результате их собственной деятельности, то это будет для них доказательством объективности окружающего мира и истинности наших знаний о нем.

Школьный физический эксперимент является эффективным средством не только передачи знаний, но и развития и воспитания учащихся (Анофрикова, 1985). Правильно организованный физический эксперимент служит действенным средством воспитания таких черт как, настойчивость, аккуратность и умение наблюдать. Участие в анализе и в обобщении результатов эксперимента, в построении на их основе умозаключений способствует развитию логического мышления учащихся. Чтобы у учащихся сформировались прочные знания, практические умения и навыки, необходима координация в применении различных видов учебного эксперимента.

Использование эксперимента в учебном процессе из физики позволяет:

· показать явления, которые изучаются, в педагогически трансформируемом виде и тем самым создать необходимую экспериментальную базу для их изучения;

· проиллюстрировать установленные в науке законы и закономерности в доступном для учеников виде и сделать их содержание понятным для учеников;

· увеличить наглядность преподавания;

· ознакомить учеников с экспериментальным методом исследования физических явлений;

· показать применение физических явлений, которые изучаются, в технике, технологиях и быту;

· усилить интерес учеников к изучению физики;

· формировать политехнические и опытно-экспериментаторские навыки (Методика обучения... [эл. ресурс]. URL: http://fizmet.org/ru).

В обучении физике эксперимент играет определяющую роль, являясь основой изложения физики (Горячкин, 1948).

В учебном процессе у физического эксперимента выделяют две основные функции:

Первая функция - это создание чувственно-наглядных образов, которые являются материалом для дальнейшего обобщения в виде определённых физических закономерностей и осмысления содержания формируемых понятий. Демонстрации, лабораторные работы и фронтальные опыты обогащают чувственную базу учащихся и способствуют созданию системы наглядных образов.

Вторая функция - это создание практических ситуаций при которых учащиеся могли бы показать умение использовать свои знания. эксперимент данного рода представлен в учебном курсе физики в виде экспериментальных задач и работ физического практикума.



Рис. 1. Система современного учебного эксперимента

Рассмотри ниже подробно каждый вид эксперимента.

I. Демонстрационные опыты (демонстрационный эксперимент).

Демонстрация - это показ учителем физических явлений связей между ними (Бугаев, 1981). Демонстрационные опыты способствуют формированию физических понятий, они делают более убедительными и понятными рассуждения учителя при изучении нового материала. По каждой теме курса имеется перечень обязательных демонстраций. В него включено небольшое число опытов составляющих экспериментальную основу физики, прежде всего это так называемые фундаментальные опыты. Важное значение имеют демонстрации, иллюстрирующие объяснения учителя. Использование иллюстративной формы эксперимента в дает возможность подтвердить правильность догадок и расчетов; у учащихся появляется уверенность в своих знаниях, формируются научные убеждения, развивается интерес к предмету. Такой эксперимент занимает сравнительно мало времени и хорошо вписывается в урок.

Рис. 2. Структура демонстрационного физического эксперимента

II. Фронтальные лабораторные работы.

Под лабораторными работами понимают такую организацию учебного физического эксперимента, при которой каждый ученик работает с приборами или установками (Методика обучения... [эл. ресурс]. URL: http://fizmet.org/ru). Работы выполняются всеми учениками на однотипном оборудовании, одновременно и под руководством учителя. В процессе выполнения лабораторных работ ученики убеждаются в объективности физических законов, получают представление о методах научного исследования, знакомятся с физическими измерениями, приобретают практические умения и навыки. Ценность лабораторных работ состоит в том что они проводятся в течении учебного года, что позволяет развивать учебные экспериментальные умения и навыки у учащихся. Но лабораторные работы не решают полностью задачи формирования у школьников экспериментальных навыков. так как при выполнении лабораторных работ используются самые простые приборы и оборудование.

В современной учебной практике выделяют три метода выполнения лабораторных работ в школе (рис. 3):



Рис. 3. Методы выполнения лабораторных работ

1. Репродуктивный - заключается в том, что при выполнении работ таким методом не предусматривается самостоятельное получение новых знаний, а лишь подтверждаются уже известные факты или иллюстрируются теоретически установленные утверждения.

2. Частично-поисковый (эвристический) - заключается в том, что учитель руководит последовательностью действий и даёт практические указания. Затем вопросами направляет учеников на формулировку нового, ранее неизвестного закона или факта.

3. Исследовательский - заключается в том, что ученики получают только задание, а пути решения отыскивают самостоятельно. Этапы исследования также проводятся самостоятельно.

Выполнение лабораторных работ способствует углублению знаний учеников из определённых разделов физики и развитию логического мышления. Лабораторные работы имеют также важное воспитательное значение, поскольку они дисциплинируют учеников, приучают их к самостоятельной работе, прививают навыки лабораторной культуры.

III. Физические практикумы.

Лабораторный практикум по физике - более высокая форма организации лабораторно-практических занятий по сравнению с фронтальными лабораторными работами. Практикумы применяются на второй ступени обучения. Учащиеся самостоятельно выполняют работы, пользуясь письменными инструкциями по которым они заранее готовятся к выполнению работы. Физический практикум является важной частью курса физики.

Ясное и глубокое усвоение основных законов физики и ее методов невозможно без работы в физической лаборатории, без самостоятельных практических занятий.

В физической лаборатории учащиеся не только проверяют известные законы физики, но и обучаются работе с физическими приборами, овладевают навыками экспериментальной исследовательской деятельности, учатся грамотной обработке результатов измерений и критическому отношению к ним (Шутов и др., 2005). Практикумы обычно проводятся после изучения какого-либо раздела курса или в конце учебного года для повторения и углубления знаний, а также для развития самостоятельности учащихся.

Практикумы наиболее эффективны для развития экспериментальных умений учащихся.

Внеклассные опыты и наблюдения. К таковым относятся простые опыты, которые учащиеся выполняют дома, простые наблюдения, проводимые в современном окружении без непосредственного контроля учителя за ходом наблюдений. Для экспериментов подобного рода, учащиеся используют подручные материалы, самодельные приборы, подручные средства и многое другое.

Приведённая классификация школьного физического эксперимента наиболее распространенная.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что эксперимент играет очень важную роль при изучении физики, а экспериментальные умения учащимся пригодятся не только для дальнейшего изучения физики, но и для работы с различным оборудованием. Эксперимент улучшает логическое мышление и способствует развитию практических навыков учащихся.

Все формы проведения учебного физического эксперимента подразумевают использование системно-деятельностного подхода. Для серьезного развития экспериментальных умений нужно выстраивать систему, которая в дальнейшем приведет к запланированному результату. Как мы видим развитие экспериментальных умений соответствует требованиям ФГОС ООО.



Глава 2. Особенности развития экспериментальных умений на уроках физики

2.1 Деятельность учителя физики в процессе развития экспериментальных умений учащихся

Учитель уже не является единственным источником знаний, главная его задача - организация познавательной деятельности школьников (Каменецкий и др., 2000). Из специфики школьных экспериментальных установок как дидактического средства вытекают требования к учителю физики: он должен уметь, во-первых, создавать учебные экспериментальные установки; во-вторых, проводить эксперимент; в-третьих, проводить уроки с использованием учебного эксперимента в качестве дидактического средства. Владение этими тремя видами профессиональной деятельности является показателем высокой квалификации учителя физики (Анофрикова, 1985).

Эффективная деятельность человека не только в педагогической, но и в любой другой сфере, как правило начинается с постановки целей. Эффективную деятельность человека в конкретном направлении можно представить как деятельность по постановке и достижению взаимосвязанных целей. Педагогическая деятельность в своей основе носит плановый характер, и поэтому умение четко и ясно сформулировать цели этой деятельности представляется особо значимым (Зуев, 2000). Из вышесказанного можно сделать вывод, что целеполагание является важным компонентом деятельности педагога.

Многие учителя считают развитие экспериментальных умений при обучении физике одним из важнейших результатов. Обучение при помощи экспериментальных методов, даёт возможность проиллюстрировать установленные в науке законы и факты в доступной для учеников форме, с их помощью можно показать применение изученных физических явлений в быту и технике. При обучении с использованием эксперимента у учащихся повышается интерес к изучаемому предмету в целом и к рассматриваемому явлению в частности, также эксперимент делает изучаемое явление более доступным.

Для развития экспериментальных умений учащихся в процессе обучения физике, учитель должен:

· создать комфортные условия для проявления особенностей каждого ученика;

· способствовать развитию активной жизненной позиции каждого ученика;

· разработать методические материалы, способствующие успешному обучению физике.

Учитель в своей работе сталкивается с рядом противоречий:

· между возросшими требованиями к качеству знаний и постоянными корректировками учебных изданий и методических пособий;

· между потребностью общества в активной, свободной, самоопределяющейся личности и крайне низкой мотивацией к обучению.

Большинство учителей физики склоняются к решению этих противоречий с помощью системно-деятельностного подхода. Кроме того, многие учителя используют электронные ресурсы и виртуальные опыты, которых сегодня большое количество, но нельзя отходить от привычного эксперимента, он позволяет по-настоящему увидеть изучаемое явление.

Рассмотрим понятие системно-деятельностного подхода. Системно-деятельностный подход - это учебный процесс, в котором приоритет отдан активной познавательной деятельности школьника. При этом используются различные приемы и формы обучения, сфокусированные на максимальной самостоятельности учащегося. Главное противопоставление традиционному процессу - учить, "что делать со знаниями" и как делать, а не только "что знать".

Результаты системно-деятельностного подхода:

· создание особой среды для развития учеников;

· активная учебно-познавательная деятельность обучающихся;

· основы будущего саморазвития (в т.ч. самообразования) личности;

· учет в образовательном процессе индивидуальных возрастных, психологических и физиологических особенностей детей.

Таким образом, из пассивного потребителя знаний, ученик становится активным и весьма самостоятельным звеном образовательного процесса, а понятие "деятельность" становится ключевой категорией обучения (Системно-деятельностный подход... [эл.ресурс]. URL: www.uchportal.ru).

В процессе обучения физике большое значение придается физическому эксперименту, который служит не только целям наглядности обучения, но и входит в содержание физического образования. При нарушении требований техники безопасности может создаться опасность для здоровья и жизни учащихся. Эти обстоятельства требуют от учителей физики большого внимания к состоянию помещения кабинетов (лабораторий) физики, постоянного надзора за выполнением правил техники безопасности. Следовательно обязательным требованием к педагогу для проведения эксперимента - это знание правил техники безопасности. Рассмотрим общие правила безопасности при проведении эксперимента(Правила по технике... [эл. ресурс]. URL: kzbydocs.com)

Учителя физики должны постоянно помнить, что некоторые приборы, установки, материалы, а также источники энергии, используемые в процессе обучения физике, могут нанести ущерб здоровью учащихся при неумелом или небрежном с ними обращении. Неаккуратность, невнимательность, недостаточное знакомство с приборами и незнание правил техники безопасности могут повлечь за собой несчастные случаи.

Во избежание этого каждый демонстрационный опыт и лабораторное занятие должны быть тщательно продуманы учителем в отношении мер безопасности, а при их проведении учитель обязан показывать пример точного соблюдения правил техники безопасности. Перед проведением учащимися эксперимента учитель обязан проинструктировать их о порядке проведения данного опыта для предупреждения возможных несчастных случаев.

К практическим работам допускаются учащиеся, прошедшие углубленный медицинский осмотр и хорошо освоившие правила техники безопасности. Практические работы в кабинете (лаборатории)физике проводятся только в присутствии учителя физики, или лаборанта, или руководителя кружка, под их руководством и постоянным наблюдением за действиями учеников, за выполнением ими работ в строгом соответствии с правилами по технике безопасности.

Во время проведения опытов на демонстрационном столе не должно быть никаких посторонних предметов. При проведении лабораторных работ или демонстраций пользоваться разбитой или стеклянной посудой с трещинами запрещается. Следует постоянно следить за исправностью всех креплений в приборах, предназначенных для вращения на центробежной машине, универсальном электродвигателе, вращающемся диске. Во время демонстрации нельзя превышать пределы допустимых частот вращении. При демонстрации колебаний груза на стальном полотне или подвешенного на нити груз следует надёжно укрепить, чтобы он не сорвался. Необходимо избегать острого резонанса.

Для исключения случаев ожога учеников при нагревании сосудов с водой их нельзя закрывать пробкой, стеклянные колбы необходимо ставить на асбестовые сетки. При выполнении работы на установление теплового баланса воду следует нагревать не свыше 60-70єC. Категорически запрещается оставлять без присмотра работающие электронагревательные приборы. Нельзя зажигать спиртовки от другой горящей. Во избежание взрыва сосуда спиртовки не допускается выгорание спирта более чем на 2/3 объёма сосуда.

Учителя физики должны постоянно помнить, что горючий газ ядовит и взрывоопасен. Неправильное и небрежное пользование ими может вызвать отравление, пожар, взрыв. Необходимо следить, чтобы пламя не проникало внутрь горелки. В случае обнаружения запаха газа необходимо закрыть газовые горелки, отключить подачу газа, запретить зажигать огонь, включать и выключать освещение и различные электрические приборы, проветрить помещение.

При работе по развитию экспериментальных умений основная педагогическая идея - воспитывает не педагог, а собственная деятельность ученика, которую педагог организует. В работе по развитию экспериментальных умений многие педагоги выбирают следующую цель: организовать на уроках такие условия, которые могут обеспечить каждому учащемуся доступное, соответствующее его запросам, качественное образование, основываясь на эффективных личностно-ориентированных педагогических технологиях, в результате чего у учащихся формируются основные компетенции необходимые для успешной социализации.

Для достижения данной цели педагоги предлагают использовать системно-деятельностный подход, и технологии развивающего обучения. Организовать процесс обучения можно как в традиционной форме (комбинированные уроки с применением ЦОР), так и в новых формах: урок-практикум, урок-презентация, домашняя экспериментальная работа учеников.

Для проведения уроков-практикумов разрабатывается система дидактических заданий (7 класс тема "Силы", 8 класс тема "Электрические явления", "Световые явления"). Уроки-практикумы не заменяют лабораторные работы, а дополняют их. Цель урока-практикума: 1) применение и проверка полученных ранее теоретических знаний; 2) приобретение практических экспериментальных умений.

Домашняя учебная работа учащихся основана на использовании "Домашних экспериментальных заданий". Цель домашних экспериментальных заданий способствовать: развитию мышления учащихся (умений систематизировать, анализировать, обобщать, делать выводы, самостоятельно планировать эксперимент); формированию практических умений и навыков (наблюдать, описывать и объяснять наблюдаемое, проводить измерения, применять теоретические знания для выполнения экспериментального задания);умению организации самостоятельной деятельности учащимися. Задания выполняются по письменным инструкциям трех уровней: инструкции первого и второго уровня носят частично- поисковый характер, третьего уровня творческий (исследовательский).

В настоящее время обучение учащихся самостоятельному экспериментированию осуществляется в большей степени через проведение лабораторных работ. Но и здесь выражение "самостоятельному экспериментированию" нельзя понимать буквально, поскольку выполнение учениками работ по деятельным инструкциям, как это часто имеет место, не приводит к формированию умений и навыков необходимых для действительно самостоятельного выполнения физических экспериментов. Формирование экспериментальных умений и навыков учащихся в процессе обучения физике должно присутствовать во всех основных видах учебной работы: при объяснении учителем нового материала, при повторении и закреплении пройденного, при решении физических задач, при выполнении учащимися домашнего задания.

Разберём экспериментальные физические задачи. которые могут быть использованы в работе учителя по развитию экспериментальных умений. В любой области своей деятельности, наука, техника, промышленность, сельское хозяйство и т.д., человеку постоянно приходится сталкиваться с необходимостью измерить ту или иную величину (Ланге, 1985) Рассмотрим несколько ситуаций в которых эксперимент поможет для решения задач, в качестве примеров рассмотрим задачи из книги Ланге В. Н. " Экспериментальные физические задачи на смекалку" :

В домашней обстановке:

1. Вам предложили найти плотность сахара. Как это сделать, располагая только бытовой мензуркой, если опыт нужно провести с сахарным песком?

2. Предлагается определить ускорение свободного падения, наблюдая за струйкой воды, вытекающей из неплотно закрытого водопроводного крана. Как выполнить задание, располагая для этой цели линейкой, сосудом известного объёма и часами?

На прогулке:

1. Два мальчика на катке хотят сравнить, кто из них больше по массе и во сколько раз. Как им выполнить свое намерение с помощью одной лишь рулетки?

2. Как определить высоту горы с помощью нагревателя, кастрюли с водой и точного термометра?

В школьной лаборатории:

1. Как определить массу некоторого тела с помощью штатива, пружины, линейки и единственной гири известной массы?

2. Как можно измерить объем аудитории, располагая для этой цели мотком медной проволоки, весами с набором гирь, аккумулятором, вольтметром и физическим справочником?

Повторение темы, раздела или всего курса может быть построено на основе воспроизведения основных демонстрационных опытов, использовавшихся при изучении материала, а так же на основе экспериментальных задач. Опыт учителей показывает, что такой способ повторения материала во многих случаях оказывается весьма действенным, так как он позволяет организовать повторение материала в интересной форме, контактно, с выделением главных вопросов и на основе активной мыслительной деятельности учащихся. Структура деятельности учителя при подготовке такого типа повторения следующая:

1. Выделяются основные теоретические предположения, физические понятия, явления, законы, формулы, основы физических теорий, изученные при прохождении материала, который предстоит повторить.

2. Определяют основные типы задач, которые должны уметь решать учащиеся, и составляются конкретные экспериментальные задачи.

3. В соответствии с целями и задачами повторения отбираются необходимые приборы и материалы, и разрабатываются демонстрационные установки.

4. Продумывается последовательность действий на уроке и расположение оборудования на демонстрационном столе.

5. Перед уроком все приборы и установки проверяются.

В любой педагогической деятельности педагоги должны придерживаться основных дидактических принципов, которые в свое время были предложены Я. А. Коменским, К. Д. Ушинским и другими выдающимися педагогами. Выделяют следующие дидактические принципы:

· объективности, научности;

· связи теории с практикой;