Использование экспериментальных задач на уроках физики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Использование экспериментальных задач на уроках физики

экспериментальный физический задача



Введение

Многообразие ситуаций неопределенности, с которыми сталкивается молодое поколение, выдвигает перед системой общего образования широкий спектр задач, связанный с накоплением учащимися позитивного опыта нахождения ответов на вопросы, касающиеся реальных явлений окружающего мира.

Задача всегда занимала в физике и методике особое место. Задача - это и проверка знаний на практике, и тренировка теории, и развитие мышления, и многое, многое другое.

Задачи экспериментального уровня являются, прежде всего, развивающими задачами, вместе с тем дают реальное применение изученной теории на практике и приближают учеников к переднему краю науки.

Экспериментальные физические задачи относятся к разряду открытых познавательных проблем, решение которых может быть осуществлено различными способами.

Подчеркнуть ценность решения экспериментальных задач как наиболее естественного процесса, связанного с изучением реальных природных явлений и способствующего разноплановому развитию учащихся. Однако анализ изменившихся условий школьного физического образования связанных, в том числе с возможностями современной образовательной среды, а также с требованиями к результатам обучения и к организации учебно-исследовательской деятельности, ставит перед необходимостью по-новому рассматривать вопрос о формировании исследовательских умений в процессе обучения физике, оттеняя исследовательскую направленность экспериментальных задач.

Таким образом, актуальность исследования обусловлена противоречиями между целями обучения физике, связанными с необходимостью формирования у учащихся знаний и умений методологического характера и характером обучения физике в средней школе, обусловленным существующим программно-методическим обеспечением и подчиненным достижению положительных результатов итогового контроля; между необходимостью развития у учащихся опыта учебно-исследовательской деятельности, требующей больших временных затрат, и тенденцией к сокращению количества учебных часов, выделяемых на естественно научные дисциплины; между возможностями оборудования современного кабинета физики и недостаточной разработанностью методики его использования.

Необходимость разрешения вышеуказанных противоречий определила проблему исследования: поиск эффективных способов использования экспериментальных физических задач для формирования и развития у учащихся исследовательских умений.

Объект исследования - процесс обучения физике в средней школе в условиях совершенствования современного образования.

Предмет исследования - решение экспериментальных физических задач, ориентированных на формировании исследовательских умений учащихся.

Цель исследования - выявить и изучить возможности использования экспериментальных задач в обучении физике.

Обучение решению экспериментальных физических задач, где и заключается наша гипотеза, будет способствовать целенаправленному и интенсивному формированию у учащихся исследовательских умений, а также повышению качества знаний учащихся по физике, если: его проводить систематически, с включением экспериментальных задач в различные структурные элементы уроков физики разных типов в зависимости от их дидактических целей;

В соответствии с целью нами была определена по нашему мнению основная задача исследования:

- выявить основные направления и возможности систематического использования экспериментальных задач на уроках физики.

На защиту вынесено следующее положение:

Экспериментальная задача как один из видов школьного физического эксперимента, наиболее полно отражающий характерные этапы научного экспериментального метода исследования, позволяет совместить целенаправленное обучение основам научного метода познания с решением традиционно важных задач урока физики.

Практическая значимость нашей работы: - предложение соответствующих современным возможностям учебно-методического комплекса решению экспериментальных задач для средней школы.



1. Роль и место задач в школьном курсе физики

Наша дипломная работа имеет свое название, которое называется «Использование экспериментальных задач на уроках физики», поэтому для начала нам хотелось бы дать характеристику всем физическим задачам, и плавно перейти к сути нашей работы.

При определении основных тенденций развития образования, как в Казахстане, так и в мире ведущую роль занимают такие факторы, как возрастание роли умственной деятельности во всех областях человеческого бытия, повышение творческого потенциала личности. В связи с этим все более и более значимыми в области образования подрастающего поколения становятся задачи развития, в свою очередь, обеспечивающие рост интеллектуального уровня учащихся. Ведь хорошо известно, "что образование это то, что остается, когда все выученное забыто".

Получить специальные знания в соответствующих областях техники и технологии, сформировать определенную культуру научного мышления можно только на добротной основе естественнонаучного образования. Фундаментом естественных наук является физика. Между тем, результаты социологических опросов свидетельствуют о резком снижении интереса к физике как учебному предмету. 23% опрошенных школьников, хотели бы сократить преподавание физики, а 7% хотели бы вообще убрать этот предмет из школьного курса!

Указанные факты свидетельствуют об отсутствии понимания учащимися роли науки физики как в окружающем их мире, в их жизни, так и в развитии науки и техники в целом.

Снижение интереса у учеников к физике, как школьному предмету наблюдается во всем мире. Возникает закономерный вопрос: "мы преподаем "не то" или "не так"?" На этот вопрос можно ответить однозначно: "то", но "не так". Пересматривая содержание школьного физического образования, разрабатывая новые мощные образовательные технологии, методисты зачастую оставляют «за бортом» идею о связи физики с миром за окном школы, с тем, что "можно пощупать", осмотреть, исследовать или даже использовать на благо себе.

Согласно современным концепциям развития школьного образования, ученик из пассивного объекта обучения должен превратиться в активного и целеустремленного субъекта. При этом ведущей деятельностью школьника становится познавательная деятельность, для успешного осуществления которой большое значение имеет развитый познавательный интерес. Именно он способен активизировать мышление учеников, превратить учение в поиск и присвоение новых знаний, а не принудительно- бессмысленное зазубривание основных формулировок и формул.

Для пробуждения и развития познавательного интереса важно, чтобы школьники осознавали необходимость, практическую и научную значимость тех знаний, которые им предстоит усвоить. Этот факт уже осознан преподавателями физики, как в Казахстане, так и во всем мире. В подавляющем большинстве докладов международных преподавательских конференций из года в год красной нитью проходит идея о том, что физика -- это наука о мире, окружающем нас каждый день, мы сталкиваемся с физическими законами на каждом шагу, ежедневно, ежечасно, ежеминутно. Она (физика) восхитительна, надо наслаждаться физическим объяснением окружающих явлений. Надо учить детей наслаждаться физикой! На примерах из окружающей жизни и надо объяснять физические законы, а не придумывать отвлеченные скучные опыты, не вдаваться в надуманные ситуации.

Одной из причин неприятия физики как предмета обучения, по нашему мнению, является искусственность предлагаемых на уроках задач, оторванность их от знакомого окружающего мира. Между тем, именно физические задачи могут и должны пробуждать и стимулировать познавательный интерес учащихся к физике.

Итак, физические задачи. Какова их роль при изучении школьного предмета физики, как превратить их не только в средство развития интереса к предмету, но и в инструмент познания окружающего мира -- об этом и пойдет речь далее.

Решение физических задач играет основную роль в развитии мышления и формировании навыков самостоятельной работы. Именно умение решать задачи наиболее полно характеризует уровень усвоения знаний, показывает, как ученики могут практически применять имеющиеся знания.

Вопросами методики решения задач занимается специальная наука - рациология, оформившаяся в науку в начале 70-ых годов прошлого века. Многие авторы из различных областей знаний исследовали методики решения задач, их образовательную ценность.

Однако в последнее время в зарубежных школах наблюдается тенденция использования в обучении физике в основном простых качественных и оценочных задач. При этом комплексные физические задачи с длительными численными выкладками и анализом полученных результатов применяются все реже. В отличие от иностранных школ в современной казахстанской школе физические задачи считаются мощным орудием изучения предмета, и при этом не только физики. В последнее время все больше и больше пишут и говорят о необходимости совместного или скоординированного преподавания физики и математики. Эти два предмета школьной программы способны значительно обогатить друг друга.

Существует много определений физической задачи. Мы предлагаем следующее.

Физическая задача -- реальная ситуация, с которой приходится иметь дело в учебной, научной или повседневной деятельности, когда необходимо определить неизвестные величины на основе знания их связей (физических или логических законов) с известными параметрами. Это сродни мысленному эксперименту. Активное целенаправленное мышление «всегда есть решение задачи» в широком понимании этого слова. В методической литературе под задачей понимают целесообразно подобранные упражнения, главными целями которых являются:

а) изучение физических явлений и методов исследования,

б) вооружение учащихся политехническими знаниями и

привитие им умений применять свои знания на практике,

в) формирование понятий,

г) формирование трудолюбия, настойчивости и воли.

Самостоятельное решение задач способствуют развитию у учащихся и студентов инициативы, самостоятельности, умения творчески подходить к решению различных задач.

Основная цель использования физических задач в обучении заключается в том, чтобы научить школьников применять имеющиеся знания к анализу процессов и явлений, решению конкретных практических задач, что, в свою очередь, способствует более глубокому пониманию физических закономерностей. Кроме того задача помогает научится нестандартно, креативно мыслить, рассматривать накопленные знания совершенно как систему для решения поставленной задачи. Анализ использования задач в процессе обучения физике позволил выделить следующие их функции.

1. Познавательная функция заключается в том, что, осуществив соответствующий подбор материала физических задач, можно знакомить учащихся с новым материалом, расширяя область их знаний, подготовить ребят к усвоению дальнейших частей изучаемого курса. Решение задач содействует более отчетливому формированию физических понятий, более разностороннему и глубокому пониманию, прочному освоению ими получаемых знаний.

2. Реализация единства теории и практики при решении физических задач проявляется в умениях применять физические законы к объяснению явлений природы и к решению практических вопросов. При этом физические формулы как бы «оживают», наполняются конкретным содержанием.

3. Решение физических задач закрепляет знание и применение наименований физических величин, формирует навыки работы с таблицами постоянных величин, физическими справочниками, то есть формирует навыки самообразования.

4. С помощью физических задач наглядно демонстрируются межпредметные связи физики, в первую очередь -- с математикой, а так же с техникой, астрономией, химией, географией и биологией.

5. Функция контроля знаний обусловлена тем, что именно решение задач позволяет определить уровень усвоения учащимися того или иного материала, а также проверить, насколько качественны эти знания. Специально подобранные задачи, в которых рассматриваются разнообразные, охватывающие много тем внутри физики, явления и процессы, позволяют осуществить повторение пройденного материала по разным разделам школьной программы. Решение физических задач позволяет преодолеть основной недостаток современного обучения -- формализм знаний. В обучении физические задачи можно использовать на уроках различного типа. Например, на уроке объяснения нового материла к пониманию явления невесомости и перегрузок, учащихся хорошо подготавливает решение задач на определение измерения веса тела в ускоренно поднимающемся или опускающемся лифте. Но особенное значение задачи приобретают при закреплении материала, так как только умение решать задачи характеризует степень осознанности пройденного материала, прочность и глубину знаний.

1.1 Виды физических задач

Задачи можно классифицировать по различным признакам.

1. По содержанию: абстрактные и конкретные, с производственным и культурно-историческим содержанием, занимательные.

2. По дидактической цели: тренировочные, контрольные, творческие.

3. По способу задания условия: текстовые, графические, задачи-рисунки, задачи-опыты.

4. По степени трудности: простые (содержат одно-два действия, используют один физический закон), сложные, комбинированные.

5. По характеру и методу исследования: количественные, качественные, экспериментальные.

Количественные (расчетные) задачи особенно необходимы при изучении тех тем программы, которые содержат ряд количественных закономерностей (законы динамики, законы постоянного тока и т.д.), так как без них учащиеся не смогут осознать достаточно глубоко физическое содержание этих законов. Здесь надо обратить внимание на необходимость количественного исследования полученных результатов. Ведь физический процесс может пойти по разным путям развития.

Графические задачи позволяют наглядно наиболее ярко и доходчиво выражать функциональные зависимости между величинами, характеризующими процессы, протекающие в окружающей нас природе и технике (особенно при изучении различных типов движения в механике, газовых законов). В некоторых случаях только с помощью графиков могут быть представлены процессы, которые только на более поздних стадиях обучения физике можно выразить аналитически (например, работа переменной силы). Решение графических задач тесно связано с изучением графиков функций в курсе математики. Изучение одного и того же материала в разных курсах взаимно обогащает предметы, и наполняет конкретным смыслом, казалось бы, отвлеченные математические примеры.

Экспериментальные задачи, те которые будут описаны ниже, это данные, для решения которых получают из опыта при демонстрации, или же при выполнении самостоятельного эксперимента. При решении этих задач учащиеся проявляют особую активность и самостоятельность. Преимущество экспериментальных задач перед текстовыми заключается в том, что первые не могут быть решены формально, без достаточного осмысления физического процесса. Однако при современном наполнении школьных кабинетов физики приборами, круг таких задач сильно ограничен.

Творческие задачи наиболее приближены в своей постановке к тем, с которыми человек встречается в своей практической, в том числе и исследовательской, деятельности. Название «творческие» условно, так как творческими эти задачи являются лишь в отношении решающего их субъекта, добывающего новые для себя знания. Выделяют исследовательские (требует ответа на вопрос «почему?») и конструкторские (отвечают на вопрос «как сделать?») задачи. Творческие задачи вносят существенный вклад в развитие мышления учащихся, хотя их в учебном процессе бывает немного.

Оценочные задачи в последнее время становятся все более популярными. Их использование позволяет преодолеть формализм в знаниях. Известно, что многие физические величины, особенно те, с которыми мы редко сталкиваемся в повседневной жизни, остаются для учащихся пустым звуком. Например, учащиеся затрудняются в оценке величины магнитного поля, скорости движения электрона в Боровской модели атома. А ведь решение последней задачи позволяет понять, почему представление об определенных орбитах, по которым движется электрон в атоме Бора, является весьма условным, и достаточно наглядно представить себе электронное облако.

Задачи с неполными данными чаще всего встречаются в жизни, когда недостающие сведения приходится добывать из таблиц, справочников, либо путем измерений или предположений. Решение задач этого типа способствует формированию творческих навыков учащихся и обучению самостоятельной работе со справочной литературой.

Для решения задач были представлены следующие методы решения физических задач, которые заключалось в следующем: в различных работах, затрагивающих вопросы методики решения задач по физике, наиболее полно рассмотрены два метода решения задач: аналитический и синтетический. Эти методы равноценны и обычно применяются одновременно, так как в процессе мышления анализ и синтез неразделимы. Дадим краткую характеристику каждому методу.

Аналитический метод предполагает разбиение сложной задачи на ряд простых (анализ). Решение начинается с отыскания закономерности, которая дает непосредственный ответ на вопрос задачи. Окончательная расчетная формула получается путем синтеза ряда частных закономерностей.

Синтетический метод характеризуется тем, что решение задачи начинается не с искомой величины, а с величин, которые могут быть найдены непосредственно из условия задачи. Решение развертывается постепенно, до тех пор, пока искомая величина войдет в очередную формулу. При таком подходе решение задачи опять же надо начинать с анализа явления.

В процессе решения физической задачи, независимо от ее вида, просматривается следующая структура:

1. Ознакомление с условием задачи; вырабатывание навыков умения увидеть ("схватить") проблему в целом, что обеспечивается детальным анализом условий и выполнением несложных рисунков-чертежей.

2. Разделение задачи на части, этапы и составление плана решения. Выделение, если это необходимо, различных случаев, требующих разных подходов и, по существу, разных решений, возможно, совершенно различных формул

3. Осуществление собственно решения. Проведение алгебраических и арифметических действий.

4. Анализ полученных результатов, что дает возможность: во-первых, качественно проанализировать правильность ответа, а во-вторых, увидеть новые возможности в заданной условием физической ситуации.

Помимо выше сказанного есть проверенная временем памятка по решению физических задач. Данная памятка содержит несколько этапов.

1 этап. Изучить условия, сделать краткую запись данных при помощи принятых обозначений. Изучить условие означает постараться представить себе явление или процесс, описанный в содержании задачи, в целом.

2 этап. Подробно и всесторонне рассмотрите физические явления и процессы, о которых идет речь в задаче. Выявить и рассмотреть начальное и конечное состояние процесса и параметры, их характеризующие. Это поможет уточнить условие, поставить соответствующие индексы к буквенным обозначениям. Сделать чертеж или нарисовать смысловую схему.

3 этап. Найти (извлечь из памяти) ту закономерность -- закон, формулу, правило -- которые описывают выявленное явление или процесс.

4 этап. Проверить, соответствует ли число полученных уравнений числу неизвестных (условие существование решения системы); все ли величины, входящие в расчетную формулу, определены. Перед подстановкой численных значений убедится в том, что все величины измеряются в одной системе единиц. (принято использовать СИ.) Проверить соответствие размерности искомой величины по расчетной формуле (правило размерности).

5 этап. Провести арифметические действия и вычислить значение искомой величины.

6 этап. Проанализировать полученный ответ. Оценить, насколько он реален.

А теперь поговорим о том, какие задачи наиболее полезны с точки зрения повышения качества физического образования, и проведем анализ задач, представленных в наиболее распространенных задачниках по физике и астрономии.

Введем современную классификацию задач.

1. Информационные задачи - обеспечивают получение новой информации из чтения задач.

2. Межпредметные, занимательные задачи - это задачи познавательного характера. Часто в них требуется дополнительная информация из других предметов школьной программы - химии, географии и т.д.

3. Эвристические задачи - творческие задачи, предполагающие при их решении эвристических приемов. Решение таких задач происходит в подсознании. Такое решение можно назвать интуитивным. Основное отличие этого типа задач - свернутое восприятие всей проблемы сразу.

4. Редуцированные задачи - их решение не требует нестандартных приемов. Часто их называют типовыми.

5. Интегративные задачи - это нестандартные творческие задачи, которые содержат явно не обозначенные пути решения. Ядром интегративной задачи является ситуация. По содержанию интегративная задача - межпредметная. Текст интегративной задачи позволяет ученикам получить новые знания.

Какой же тип задач предпочтителен? Опыт показывает, что все задачи в обучении физике необходимы, но каждый тип задач «отвечает» за формирование определенного структурного элемента физического знания. Информационные, межпредметные, занимательные и редуцированные задачи -- это основа для формирования физического мировоззрения у школьников. Эвристические -- это задачи, пробуждающие интерес к физике вообще, дающие понимание, что все явления природы вокруг нас подчиняются физическим законам. Интегративные задачи лучше всего использовать для закрепления материала и упрочнения физических знаний.

Проведенный статистический анализ наиболее распространенных школьных задачников по физике и астрономии показывает, что существует явный дефицит в интегративных задачах.

Особое внимание следует уделять подбору задач для повторения пройденного материала. В качестве обобщающих задач для повторения материала мы предлагаем использовать задачи, просто описывающие физическую ситуацию, с заданием: "исследовать!", которое "автоматически" вырабатывает и закрепляет методику решения задач (далеко не только физических). Само слово - "исследовать" - настраивает учащихся на аналитический подход и требует от них полезных размышлений. Как показывает опыт проведения таких уроков, буквально каждый из учеников идет своим путем и выделяет "отмеченные им особенности", и только обсуждение задачи в классе дает плодотворное многоплановое исследование проблемы. Подчеркнем, что задачи должны быть многоуровневыми, чтобы каждый учащийся имел возможность решить ту часть проблемы, которая соответствует его уровню знания.

Начнем с простейших примеров, вполне доступных (до определенного уровня) младшим школьникам. Сами вопросы постараемся сформулировать так, чтобы дать толчок к размышлениям.

Задача 1. В стакан с некоторым количеством воды при комнатной температуре положили вынутый из холодильника кусок льда. Исследовать! (В данном случае охарактеризовать все возможности).

Ответы будем приводить в порядке развития и углубления ситуации, чему способствуют вопросы, замечания и подсказки учителя. Если позволяет время, можно попросить учащихся выписывать их на доске.

1. Уровень воды повысится, и часть её может вылиться из стакана.

2. Лед в зависимости от его объема либо всплывет, либо будет продолжать давить на дно, но слабее!

3. И в процессе таяния плавающего льда и когда он весь растает, уровень воды в стакане не будет изменяться.

4. Если во льду содержались поры (пузырьки воздуха), все будет точно также.

5. А вот если лед не всплыл, то уровень воды будет повышаться. В этом случае можно попросить учащихся выполнить численные расчеты, в каких случаях вода выльется из стакана, а в каких нет.

6. Если разобраться и выполнить расчеты, то уже учащимся 8-9-ых классов с углубленным изучением курса физики вполне по силам провести исследование данной задачи.

Критерии сформированности умения решать физические задачи:

1. Знание основных операций, из которых складывается процесс решения задачи.

2. Усвоение структуры совокупности операций.

3. Перенос усвоенного метода решения задач по одному разделу на решение задач по другим разделам и предметам.

Итак, физические задачи являются важной составной частью процесса обучения физике. Успех обучения решению задач в значительной мере зависит от того, пользуется ли учитель обобщенным методом решения задач, или каждая частная задача решается своим методом. Именно анализ реальных жизненных ситуаций способствует, наряду с обучением, развитию творческих, исследовательских способностей учащихся. В последнее время именно по умению решать физические задачи оценивается знание учениками физики.



2. Экспериментальные задачи и их виды

Здесь мы остановимся на определении, что, все - таки такое «экспериментальная задача».

Экспериментальные задачи - это физические задачи, постановка и решение которых связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами, сборкой электрических цепей.

Экспериментальные задачи в отличие от текстовых требуют больше времени на подготовку и решение, а также наличия у учителя и учащихся навыков в постановке эксперимента. Однако решение таких задач положительно влияет на качество преподавания физики.

Экспериментальные задачи способствуют повышению активности учащихся на уроках, развитию логического мышления, учат анализировать явления, заставляют ученика напряжённо думать, привлекая все свои теоретические знания и практические навыки.

Разбирая экспериментальные задачи, ученики убеждаются на конкретных примерах, что их школьные знания вполне применимы к решению практических вопросов, что с помощью этих знаний можно предвидеть физическое явление, его закономерности. То есть, книжные утверждения приобретают реальный смысл. Решение таких задач способствует получению учениками прочных, осмысленных знаний, умению пользоваться этими знаниями в жизни.

Самостоятельное решение учениками экспериментальных задач способствует активному приобретению умений и навыков исследовательского характера, развитию творческих способностей. Здесь им приходится не только составлять план решения задачи, но и определять способы получения некоторых данных, самостоятельно собирать установки.

Разбор таких задач воспитывает у учеников критический подход к результатам измерений. На практике они убеждаются, что результаты измерений всегда приближены, что на их точность влияют различные причины, и потому, производя эксперимент, необходимо устранять все побочные влияния.

Экспериментальные задачи помогают ученикам лучше решать расчётные, решение которых часто сводится к подстановке чисел, данных в условии, в формулы без уяснения физического смысла задачи.

Обычно экспериментальные задачи не имеют всех данных, необходимых для решения, поэтому ученику приходится сначала осмыслить физическое явление или закономерность, о которой говорится в задаче, выявить, какие данные ему нужны, продумать способы и возможности их определения, найти и только на заключительном этапе подставить в формулу, что ученик делает вполне осмысленно.

Экспериментальные задачи делятся на следующие виды: качественные и количественные.

Чтоб более подробно рассмотреть эти виды рассмотрим каждый из них по отдельности.

Итак, качественные задачи: в решении качественных задач отсутствуют числовые данные и математические расчёты. В этих задачах от ученика требуется или предвидеть явление, которое должно совершиться в результате опыта, или самому воспроизвести физическое явление с помощью данных приборов.

Решение качественных задач проверяется, как правило, с помощью постановки контрольного опыта. Например, в задаче дано описание опыта, требуется предсказать его результаты. Контрольный эксперимент, выполненный учеником, либо подтвердит его ответ, либо опровергнет. Частичного совпадения логического решения и опыта здесь не должно быть, поэтому необходимо свести к минимуму все побочные факторы, отрицательно влияющие на результат эксперимента. Приборы для контрольного опыта заранее выдавать не следует. Иначе, как правило, ученик сначала проделывает контрольный опыт, а потом подгоняет решение к результату эксперимента.

Приведем для наглядности несколько примеров.

Пример 1:взять сырую картофелину и разрезать её пополам. В центре среза поместить кусочек марганцовки и соединить половинки. Через некоторое время их разъединить. Назвать наблюдаемое явление и объяснить его.

Пример 2:в пробирке находится расплавленный парафин. Какую форму примет его поверхность при затвердевании? Проверить опытом, объяснить.

Пример 3: в бассейне плавает лодка, на дне которой лежит камень. Человек берет камень и выбрасывает его за борт. Как изменится уровень воды в бассейне: поднимется, опустится или останется прежним?

Далее рассмотрим количественные задачи: при решении количественных задач сначала производят необходимые измерения, а затем, используя полученные данные, вычисляют с помощью математических формул ответ задачи. Сразу приведем пример.

Пример 1: определить удельное сопротивление данной проволоки, имея аккумулятор, амперметр, вольтметр, микрометр и масштабную линейку. По таблице удельных сопротивлений установить, из какого материала сделана данная проволока.

Пример 2: вдоль наклонной плоскости на одинаковом расстоянии друг от друга расставлены одинаковые кирпичи. Коэффициент трения о поверхность таков, что если кирпич покоился, то он продолжает покоиться, однако если его чуть-чуть сдвинуть или толкнуть, то он начинает съезжать с ускорением a. (Такое вполне возможно, так как трение покоя обычно больше трения скольжения.) В начальный момент времени все кирпичи покоятся. Затем верхний кирпич слегка подталкивают, и он начинает соскальзывать вниз. Спустя некоторое время он сталкивается со вторым кирпичом, они соскальзывают вместе, сталкиваются с третьим, и т. д. Все столкновения абсолютно неупругие. Требуется узнать, каково будет усредненное установившееся ускорение всего «паровоза» движущихся кирпичей спустя большой промежуток времени.

Проверка правильности решения таких задач может быть осуществлена разными способами в зависимости от содержания задач. Решение большинства количественных задач проверяется путём непосредственного измерения искомой величины с помощью соответствующих приборов; с помощью другого контрольного опыта, т.е. другим способом и другими приборами; по паспортным данным или таблицам.

Основные этапы решения экспериментальной задачи сходны с решением любой физической задачи, но имеются некоторые особенности. Характерным для решения таких задач является работа по отысканию нужных для решения данных, а также способов получения этих данных. Поэтому при анализе задачи и составлении плана решения существенным моментом является поиск ответов на такие вопросы: какие данные необходимы для решения? Как их получить, используя опыт? В каких `единицах они должны быть выражены? Поскольку эта работа учащихся носит творческий характер, то этот этап решения должен быть разработан более тщательно.

Учитель, готовя экспериментальную задачу, должен не только отобрать необходимое оборудование, но и предварительно опробовать его.

При коллективном решении задач к экспериментальной части предъявляются такие же требования, как к демонстрационному эксперименту: опыты должны быть убедительными, выразительными, хорошо видны со всех мест класса. Поэтому в таких задачах используют только демонстрационные приборы.

Подбирая задачи для урока, учителю необходимо помнить о том что:

а) в условиях некоторых задач не указаны конкретные размеры и масса тела, длина и сечение проволоки, объём жидкости и т.д. Это значит, что учитель сам выбирает необходимое оборудование к задаче;

б) в отдельных задачах не сказано, какие измерительные приборы нужно взять: демонстрационные или лабораторные;

в) все известные в задачах данные должны быть чётко написаны на этикетке соответствующего тела (прибора);

г) полезно составить специальный справочник по экспериментальным задачам, в котором указать все данные о каждом приборе в кабинете физики и о тех предметах, которые используются в эксперименте при решении задач.

Использование экспериментальных задач в процессе обучения может быть в любой части урока. Но при этом цели применения, методика и содержание задач будут несколько различны.

1. Использование задач при опросе даст возможность выяснить, насколько правильно, глубоко и сознательно ученик усвоил ранее пройденный материал.

2. Применение задач для проверки степени понимания учениками изучаемого на уроке материала, для его закрепления. Решение задач в этом случае способствует углублению и уточнению нового материала.

3. Содержание экспериментальной задачи может являться темой урока. В ходе её решения происходит усвоение новых понятий, закономерностей и зависимостей. (Закон Ома - зависимость силы тока от напряжения и сопротивления).

4. Использование задач в качестве иллюстраций, подтверждающих правильность и важность сделанных теоретических выводов. (Скорость движения молекул и температура тела).

5. Весьма полезны 15-20 минутные классные упражнения учащихся по решению экспериментальных задач с последующим разбором и выяснением причин допущенных ошибок.

6. Возможно проведение контрольных работ по решению экспериментальных задач, что даёт учащимся больше проявить творчества и самостоятельности.

7. Особый интерес у учеников вызовет решение задач в качестве домашнего задания, которые могут быть как общими, так и индивидуальными. Единственное требование, учитель должен быть уверен, что для домашних опытов ученики найдут нужные приборы и предметы.

Хочется сказать, что экспериментальные задачи строятся так, чтобы в ходе решения ученик сначала высказал предложения, обосновал умозрительные выводы, а потом проверил их на опыте.

Такое построение вызывает у учеников большой интерес к задачам и при правильном решении большое удовлетворение своими знаниями. Решение данных задач воспитывает у учащихся стремление активно, собственными силами добывать знания.

Одной из особенности экспериментальной задачи является: прием организации и построения уроков физики.

Любая педагогическая деятельность определяется целью. Потому учитель физики, готовясь к уроку, прежде всего определяет, чего он хочет достичь. Сегодня необходимо научить ребят пользоваться знаниями, применять их в различных ситуациях.

С осознанием цели и должна начинаться подготовка учителя физики к уроку. Продумывая структуру урока, надо учитывать, что школьники должны действовать с приборами, наглядными пособиями, справочниками.

2.1 Домашняя лабораторная работа как один из видов экспериментальной работы учащихся

Впервые домашние опыты и наблюдения по физике стали проводиться в1934/35 учебном году Покровским С.Ф. в школе № 85 Краснопресненского района города Москвы.

Покровский пишет о том, что учителя должны планировать свою работу так, чтобы прохождение каждой темы, каждого узлового вопроса было обеспечено сочетанием работ теоретических и практических. Ни одна тема не должна быть пройдена чисто теоретически, как ни одна работа не должна быть проделана без освещения ее научной теории.

Умелое сочетание теории с практикой и практики с теорией даст нужный воспитательный и образовательный эффект и обеспечит выполнение требований, которые предъявляет нам педагогика.

Так как одно из требований к домашнему опыту - простота по выполнению, следовательно, их применение целесообразно проводить на начальном этапе обучения физике, когда в детях еще не угасло природное любопытство. К тому же вряд ли удастся придумать эксперименты для домашнего проведения по таким темам, как, например: большая часть темы “Электродинамика” (кроме электростатики и простейших электрических цепей), “Физика атома”, “Квантовая физика”.

Домашний эксперимент можно задавать после прохождения темы в классе. Тогда ученики увидят собственными глазами и убедятся в справедливости изученного теоретически закона или явления. При этом полученные теоретически и проверенные на практике знания достаточно прочно отложатся в их сознании.

А можно и наоборот, задать задание на дом, а после выполнения провести объяснение явления. Таким образом, можно создать у учащихся проблемную ситуацию и перейти к проблемному обучению, которое непроизвольно рождает у учащихся познавательный интерес к изучаемому материалу, обеспечивает познавательную активность учащихся в ходе обучения, ведет к развитию творческого мышления учеников. В таком случае, даже если школьники не смогут объяснить увиденное дома на опыте явление сами, то они будут с интересом слушать рассказ учителя.

Если учитель задал ученикам на дом провести эксперимент или наблюдение, то совершенно не обязательно, что все учащиеся (как и при любом домашнем задании) выполнят это задание.

При любом домашнем задании есть ученики, выполнившие домашнюю работу и не сделавшие ее по какой-либо причине. Однако следует ожидать, что учеников, желающих провести дома самостоятельно опыт, будет больше чем желающих читать учебник. Как карать за невыполненное домашнее задание и насколько сильно требовать выполнения опыта зависит от конкретного учителя.

Обсуждение механизма выставления оценок не входит в тему данной работы, поэтому здесь мы не будем останавливаться. Ясно то, что выполнение дома опыта должно поощряться учителем. Это может быть выставление хороших оценок, постановка выполнивших в пример не выполнившим, тут опять же все зависит от конкретного учителя, от его характера работы с каждым отдельным классом.

Проверка выполнения работы. При выполнении работы будет очень хорошо, если ученики будут записывать свои наблюдения в виде письменного отчета о проделанной работе (кратко: что делали, что увидели, сделать попытку дать объяснение «увиденному»). Это даст учителю возможность проверить выполнение, точнее оценить каждого ученика.

При проверке заданного на дом опыта учитель должен обязательно обсудить в классе со всеми учениками теоретические основы наблюдаемого явления. Сначала учителю следует выслушать учеников, как они объяснят увиденное, далее следует отметить верные мысли учеников, дающих правильное (или почти правильное) объяснение.

В заключении учителю следует вкратце напомнить ученикам про опыт и самому четко проговорить ученикам объяснение происходящего при опыте явления, отметить заблуждения учеников (если таковые будут присутствовать в их ответах), указать, где еще на практике можно столкнуться с проявлениями подобного явления.

После самостоятельного проведения опыта учениками и обсуждения увиденного с научной точки зрения при участии учителя, у учеников должна сложиться достаточно полная картина об изучаемом явлении. Это представление (а учитель должен приложить все усилия для того, чтобы оно сформировалось правильно) останется у учеников в памяти надолго. Примерно так, по мнению автора, должна выглядеть проверка выполнения опыта, заданного на дом. Такая проверка отнимет от урока времени не больше, чем проверка любого другого домашнего задания, и, в то же время, принесет немалую пользу для формирования у учащихся верных представлений об окружающем мире.

Задание опыта или наблюдения на дом. Если учитель хочет, чтобы ученики дома самостоятельно провели опыт или наблюдение, то ему необходимо дать им описание, по которому можно выполнить задание. Конечно, расписывать все подробно необязательно, т.к. в подобной работе должны присутствовать элементы творческой деятельности.

Дети должны ясно представлять, что им необходимо сделать, на что обратить внимание. Учитель может потратить часть времени урока на объяснение того, что детям надо сделать дома. Рассказ должен быть таким, чтобы у учеников возникло большое желание самостоятельно проделать опыт. Для этого опыт не должен быть трудным, всё необходимое для постановки опыта должно найтись дома почти у каждого ученика.

При описании опыта обязательно надо указать на то, что необходимо для проведения опыта. Какие предметы, вещества и т.д. (естественно, все это должно отвечать требованиям безопасности) необходимо иметь, где их можно найти. Далее в описании опыта следует указать последовательность действий, т.е. что надо делать, на что обратить внимание в процессе выполнения. Можно сразу дать теоретическое объяснение, а можно попросить учеников попытаться самостоятельно объяснить увиденное явление.

Как уже говорилось, будет хорошо, если учащиеся сделают отчет о проведенном эксперименте. Лучше если отчет будет в письменной форме. Задание отсутствующего в учебнике опыта учителем в устной форме может отнять много времени от урока.

Идеальным, будет такой вариант, когда детям раздадут инструкции с описанием опыта на дом. Для этого учителю надо распечатать инструкции с подробным описанием опыта в количестве, равному количеству учеников в классе. Такой комплект инструкций можно использовать многократно. Если после выполнения опыта одним классом комплект собрать, то его можно использовать для повторного использования в другом классе.

Требования, предъявляемые к домашним лабораторным работам.

Прежде всего, это, конечно, безопасность. Так как работа проводится учеником дома самостоятельно, без непосредственного контроля учителя, то в ней не должно быть никаких химических веществ и предметов, имеющих угрозу для здоровья ребенка и его домашнего окружения.

Лабораторная работа не должен требовать от ученика каких-либо существенных материальных затрат, при проведении работы должны использоваться предметы и вещества, которые есть практически в каждом доме: посуда, банки, бутылки, вода, соль и так далее.

Выполняемый дома школьниками данный вид работы должен быть простым по выполнению и оборудованию, но, в то же время, являться ценным в деле изучения и понимания физики в детском возрасте, быть интересным по содержанию. Так как учитель не имеет возможности непосредственно контролировать выполняемый учащимися дома опыт, то результаты опыта должны быть соответствующим образом оформлены (примерно так, как это делается при выполнении фронтальных лабораторных работ).

Результаты работы, проведенного учениками дома, следует обязательно обсудить и проанализировать на уроке. Работы учащихся не должны быть слепым подражанием установившимся шаблонам, они должны заключать в себе широчайшее проявление собственной инициативы, творчества, исканий нового.

На основе вышесказанного кратко сформулируем требования, предъявляемые к домашним лабораторным работам:

-безопасность при проведении;

-минимальные материальные затраты;

-простота по выполнению;

-иметь ценность в изучении и понимании физики;

-легкость последующего контроля учителем;

-наличие творческой окраски.

Таким требованиям должны соответствовать домашние лабораторные работы, предлагаемые учителем школьникам для самостоятельного проведения в домашних условиях.

Хотелось бы отметить следующие структурные элементы деятельности учащегося: накопление фактов, выдвижение гипотезы, постановка эксперимента, создание теории.

Наиболее существенным моментом творческой деятельности является высказывание гипотез и их проверка.

Высказыванию гипотез и их проверке можно учить и вне проблемного обучения. Соответствующие частично-поисковые задания необходимо включать в эвристическую беседу, придавая ей характер исследования.

В экспериментальных исследованиях по физике интуиция ученого проявляется, прежде всего, в предугадывании конечного результата. Поэтому, прежде чем приступить к лабораторной работе мы с ребятами высказываем гипотезы, предполагаем какой результат может получиться и только потом, проводим данную работу, следом идет проверка правильности наших рассуждений.

Активность учащегося определяется внутренними побудительными силами. Причем умственную активность сопровождает эмоциональный настрой, что приводит к развитию интереса к знаниям.

На первой ступени обучения физике огромную роль играет наглядность, опора на конкретный образ. Экспериментально-исследовательские задания являются основным видом творческих заданий, используемых на уроке и при объяснении нового материала, и при закреплении пройденного. Можно, конечно, проводить уроки изучения нового материала в традиционной форме: объяснить новый материал, показать опыты, закрепить знания и обучающие цели урока будут достигнуты. Но ведь мы должны еще развивать и воспитывать детей. И здесь незаменимы нетрадиционные уроки.

Не традиционной формой проведения уроков изучения нового материала являются уроки сотрудничества. Здесь объяснение нового материала учителем сопровождается исследовательской работой учащихся в группах. Каждая группа получает свое задание, проводит исследование, делает выводы. Заслушивая отчеты групп, составляется опорный конспект, по которому проводится закрепление нового материала. Такие уроки ребята запоминают надолго.

Можно поступить по-другому. Тему урока сформулировать в виде вопроса, например, "Что такое давление или почему нельзя давать малышам острые предметы?", "Могут ли жидкости давить вверх или что утверждает закон Паскаля?" Уже такая тема урока вызывает интерес ребенка, и все исследования ребят направлены на поиск ответа на поставленный вопрос.

Многие исследования, которые в классе по разным причинам выполнить нельзя, могут быть предложены в качестве домашнего задания. Например, вот такие красивые кристаллы поваренной соли, медного купороса ребята вырастили дома. Домашние лабораторные работы дают возможность расширять область связи теории с практикой; развивать интерес к физике и технике; рождают творческую мысль и развивают способность к изобретательству; приучают к самостоятельной исследовательской работе; вырабатывают наблюдательность, развивают внимание, настойчивость и аккуратность; приучают к сознательному труду.

Хотелось бы отметить что, выполнения домашней лабораторной работы дает возможность не только учителю оценить ученика, но и чтоб сам ученик использовал все свои знания, накопленные на протяжении всего времени за период обучения этого предмета. Этот вид работы предназначен для творческой деятельности учащихся.



2.2 Компьютерное моделирование, как возможность ярко и интересно представить экспериментальную задачу

Данная глава, рассматривает возможность ярко выразить и заинтересовать учащихся, в самостоятельном компьютерном моделировании экспериментальных задач.

Можно предложить учащимся использование экспериментальных задач, для решения которых необходимо продумать и поставить соответствующий компьютерный эксперимент.

Как правило, учащиеся с особым энтузиазмом берутся за решение таких задач. Несмотря на кажущуюся простоту, такие задачи очень полезны, так как позволяют учащимся увидеть живую связь компьютерного моделирования данного вида задач и той, теоретической физики.

Компьютерное моделирование, это хорошая возможность представить такие яркие мультимедийные изображения, видеоизображение, которые неподвластны учителю без компьютерного вмешательства.

На персональном компьютере можно сделать очень красивые вещи, которые запомнятся и оставят глубокое впечатление. При регулярной работе с компьютерным курсом из придуманных заданий имеет смысл составить компьютерные экспериментальные задачи, в которых расположены по мере увеличения их сложности. Эти задачи достаточно трудоёмкие, но именно такие работы дают наибольший учебный эффект.

В последнее время можно часто слышать вопросы: "А нужен ли компьютер на уроках физики? Не вытеснят ли компьютерные имитации реальный эксперимент из учебного процесса?" Чаще всего такие вопросы задают учителя, не владеющие информационными технологиями и не очень понимающие, чем могут быть полезны эти технологии в преподавании. Давайте попробуем ответить на вопрос: "Когда же оправдано использование компьютерных программ на уроках физики?" Мы считаем, что, прежде всего, в тех случаях, в которых возникает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей в учебном процессе.

Следует отметить, что под компьютерными понимают компьютерные программы, которые позволяют имитировать физические явления, эксперименты или идеализированные ситуации, встречающиеся в задачах.

Работа учащихся с компьютерными моделями чрезвычайно полезна, так как компьютерные модели позволяют в широких пределах изменять начальные условия экспериментальных физических задач, что позволяет им выполнять многочисленные виртуальные опыты. Такая интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментальных задач.

Некоторые модели позволяют одновременно с ходом экспериментов наблюдать построение соответствующих графических зависимостей, что повышает их наглядность.

Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся обычно испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков. Разумеется, компьютерная лаборатория не может заменить настоящую физическую лабораторию. Тем не менее, выполнение компьютерных лабораторных работ требует определенных навыков, характерных и для реального решения задачи - выбор начальных условий, установка параметров задачи и т. д.

В чем же преимущество экспериментальной задачи, которая подверглась к компьютерному моделированию по сравнению с обыкновенной экспериментальной задачей? Прежде всего, компьютерное моделирование позволяет получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизводить их тонкие детали, которые часто ускользают.

При использовании моделей компьютер предоставляет уникальную, не достижимую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации не реального явления природы, а его упрощённой модели. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному физическому явлению. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет варьировать временной масштаб событий, а также моделировать ситуации, не реализуемые в физических экспериментах.

Использование компьютеров на уроках физики заключается в том, что информацию учащиеся получают в различном виде - текстовом, графическом, видовом - в любом объёме, на любом этапе урока и процесса обучения, что даёт возможность неоднократно повторять подачу этой информаций в виде электронных пособий. Электронные пособия состоят из ряда слайдов, несущих определённую информацию.

Каждый слайд обращает внимание учащегося только на долю информации, которую можно увеличить за счёт наложение следующего слайда. По мере наложения слайдов постепенно увеличивается объём информации, который в мозге учащегося отражается как определённые зрительные образы.

...