Методологические требования к демонстрационному эксперименту

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Основные типы демонстрационных работ

1.1 Демонстрационный эксперимент как метод обучений

1.2 Особенности организационных и проведение демонстрационных экспериментов

2. Методика проведения демонстрационных экспериментов в средней школе

2.1 Физический эксперимент как необходимость составного умственного развития обучения и воспитание его творческих способностей

2.2 Требование к профессионально-методологической подготовки учителя физики в области методики и техники демонстрационного эксперимента

3. Предлагаемый цикл демонстрационных работ ориентированный на программу 10-11-х классов

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Физические знания человека о мире по объему, причем объем их продолжается ускоренно расти. По своему содержанию они весьма разнообразны: это и знание об отдельных явлениях (физических эффектах), и физических экспериментах, и теория, и разнообразные применения и приложения физики.

Физика по своей природе - наука экспериментальная, но она немыслима и без теории, ибо только теория делает ее обозримой и действенной, т.е. применимой на практике. В физической теории, весьма обширной и далеко не однородной, в свою очередь может быть выделена фундаментальная часть, приставляющая собой основу современных знаний о движении и строении материи. Это «фундаментальная теория» объединяет и направляет все разделы физики. Роль фундаментальных знаний в педагогическом плане была велика всегда, но в полной мере начинает осознаваться в наше время, когда особенно быстро растет объем новых сведений.

Очевидно, что прогресс человеческого общения невозможен без овладения следующими поколениями всей совокупностью знаний, приобретенных предыдущими поколениями. Поэтому остро стоит вопрос о том, чтобы фундаментальные физические положения, изучения которых формирует научное мировоззрение учащихся, составляя картину мира, входили в содержание школьного курса физики.

Под физической картиной следует понимать систему фундаментальных идей, понятий и законов физики. К ней относятся: представления о свойствах пространства и времени, понятия об объектах изучения физической науки и исходных составных частей материи, универсальные физические законы, представление об иерархии закономерностей по масштабам явлений, исходные идеи и уравнения физической теории и соотношения между теориями.

Важно заметить, что физическая картина мира является обобщением на уровне концептуальных систем понятий фундаментальных физических теорий, опирающихся на некоторую общую модель материи и движения. Это обобщение тесно связано с миропониманием, мировоззрением и служит одним из основных средств его формирования, т.е. существенно в педагогическом плане.

Цель данной курсовой работы демонстрационный эксперимент как метод обучения появился практически одновременно с началом преподавания систематического курса физики.

Задачи данной курсовой работы: Создание инновационного школьного практикума по Физике. На текущий момент создано более 25.

демонстраций, полностью соответствующих требованиям образовательных стандартов средних учебных заведений и квалификации учителей.

Актуальность данной курсовой работы: Школьные учебные эксперименты, как демонстрационные, так и лабораторные являются перспективной областью внедрения современных технологий по автоматизации измерений. Новейшие информационные технологии позволяют напрямую продемонстрировать законы и процессы, которые раньше были уделом косвенного подтверждения ввиду очень малого или слишком быстрого изменения измеряемого параметра.

1. Основные типы демонстрационных работ

демонстративный обучение учитель воспитание

Эксперимент (от лат.experimentum -- проба, опыт) в научном методе метод исследования некоторого явления в управляемых условиях. Отличается от наблюдения активным взаимодействием с изучаемым объектом. Обычно эксперимент проводится в рамках научного исследования и служит для проверки гипотезы, установления причинных связей между феноменами. Эксперимент является краеугольным камнем эмпирического подхода к знанию. Критерий Поппера выдвигает возможность постановки эксперимента в качестве главного отличия научной теории от псевдонаучной.

Модели эксперимента

Существует несколько моделей эксперимент. Безупречный эксперимент невоплотимая на практике модель эксперимента, используемая психологами-экспериментаторами в качестве эталона. В экспериментальную психологию данный термин ввёл Роберт Готтсданкер, автор известной книги «Основы психологического эксперимента», считавший, что использование подобного образца для сравнения приведёт к более эффективному совершенствованию экспериментальных методик и выявлению возможных ошибок в планировании и проведении психологического эксперимента.

Случайный эксперимент (случайное испытание, случайный опыт) -- математическая модель соответствующего реального эксперимента, результат которого невозможно точно предсказать. Математическая модель должна удовлетворять требованиям: она должна быть адекватна и адекватно описывать эксперимент; должна быть определена совокупность множества наблюдаемых результатов в рамках рассматриваемой математической модели при строго определенных фиксированных начальных данных, описываемых в рамках математической модели; должна существовать принципиальная возможность осуществления эксперимента со случайным исходом сколь угодное количество раз при неизменных входных данных, (где -- количество произведённых экспериментов); должно быть доказано требование или априори принята гипотеза о стохастической устойчивости относительной частоты для любого наблюдаемого результата, определённого в рамках математической модели [1].

Эксперимент не всегда реализуется так, как задумывалось, поэтому было придумано математическое уравнение относительной частоты реализаций эксперимента [1]:

Виды экспериментов

Физический эксперимент

Физический эксперимент -- способ познания природы, заключающийся в изучении природных явлений в специально созданных условиях. В отличие от теоретической физики, которая исследует математические модели природы, физический эксперимент призван исследовать саму природу.

Именно несогласие с результатом физического эксперимента является критерием ошибочности физической теории, или более точно, неприменимости теории к окружающему нас миру. Обратное утверждение не верно: согласие с экспериментом не может быть доказательством правильности (применимости) теории. То есть главным критерием жизнеспособности физической теории является проверка экспериментом.

В идеале, экспериментальная физика должна давать только описание результатов эксперимента, без какой-либо их интерпретации. Однако на практике это недостижимо. Интерпретация результатов более-менее сложного физического эксперимента неизбежно опирается на то, что у нас есть понимание, как ведут себя все элементы экспериментальной установки. Такое понимание, в свою очередь, не может не опираться на какие-либо теории.

Компьютерный эксперимент

Компьютерный (численный) эксперимент -- это эксперимент над математической моделью объекта исследования на ЭВМ, который состоит в том что, по одним параметрам модели вычисляются другие ее параметры и на этой основе делаются выводы о свойствах объекта, описываемого математической моделью. Данный вид эксперимента можно лишь условно отнести к эксперименту, потому как он не отражает природные явления, а лишь является численной реализацией созданной человеком математической модели. Действительно, при некорректности в мат. модели -- ее численное решение может быть строго расходящимся с физическим экспериментом.

Психологический эксперимент

Психологический эксперимент -- проводимый в специальных условиях опыт для получения новых научных знаний посредством целенаправленного вмешательства исследователя в жизнедеятельность испытуемого.

Мысленный эксперимент

Мысленный эксперимент в философии, физике и некоторых других областях знания -- вид познавательной деятельности, в которой структура реального эксперимента воспроизводится в воображении. Как правило, мысленный эксперимент проводится в рамках некоторой модели (теории) для проверки её непротиворечивости. При проведении мысленного эксперимента могут обнаружиться противоречия внутренних постулатов модели либо их несовместимость с внешними (по отношению к данной модели) принципами, которые считаются безусловно истинными (например, с законом сохранения энергии, принципом причинности и т.д.).

Критический эксперимент

Критический эксперимент -- эксперимент, исход которого однозначно определяет, является ли конкретная теория или гипотеза верной. Этот эксперимент должен дать предсказанный результат, который не может быть выведен из других, общепринятых гипотез и теорий

1.1 Демонстрационный эксперимент как метод обучений

Задачи повышения активности и самостоятельности учащихся на факультативных занятиях требуют пересмотра сложившегося в практике проведения обязательных занятий соответственно между демонстрационным и лабораторным экспериментом. Программой обязательного курса на протяжение пяти лет изучения физики предусмотрено проведение примерно 300 демонстрационных опытов, выполняемых учащимися. Следовательно, примерно один из пяти физических экспериментов учащийся должен выполнить самостоятельно, а при выполнении других экспериментов предполагается лишь его участие в качестве пассивного наблюдателя [2].

Меньшее числа учащихся в группе и увеличение продолжительности времени, отводимого на проведение физического эксперимента на факультативных занятиях, позволяют значительно увеличить долю физического эксперимента, выполняемого учащимися самостоятельно. Эта тенденция измерения структуры учебного физического эксперимента находит свое отражение в программах факультативных курсов: в 7-10 классах программы предлагают учителю выполнить 74 демонстрации и подготовить 95 лабораторных занятий для самостоятельного выполнения учащимися. В демонстрационном варианте предлагается провести такие опыты, которые не могут быть выполнены учащимися самостоятельно из-за отсутствия достаточного количества приборов и оборудования либо по требованиям техники безопасности.

Демонстрационные опыты на факультативе призваны служить целям постановки проблемы, которая будет рассмотрена далее в теоретическом плане, либо выполнить роль контрольного эксперимента по проверке основных выводов теории.

Многие из опытов, выполненных сначала на демонстрационном столе, затем проводятся учащимися с применением более точных измерительных приборов в самостоятельном лабораторном эксперименте. Примерами могут служить опыты по изучению движения тел с помощью стробоскопа, опыты по обнаружению зависимости углового ускорения вращения твердого тела от момента сил и момента инерции тел от их массы, формы и размеров, эксперименты по исследованию явления фотоэффекта.

К подготовке и проведению демонстрационных опытов на факультативных занятиях необходимо привлекать учащихся. Формы участия членов факультатива в подготовки демонстрации могут быть различными. Рассмотрим пример одной из наиболее активных форм.

При знакомстве с элементами волной теории Гюйгенса-Френеля можно предложить для группы из двух-четырех учащихся задание по расчету, изготовлению и испытанию прибора для демонстрации явлений, наблюдающихся при прохождении электромагнитных волн через отверстия различных размеров.

Первым этапом их работы должны быть ознакомление с теорией вопроса в таком объеме, чтобы они могли самостоятельно выполнять расчеты радиусов зон Френеля по заданным начальным условиям. В качестве начальных условий им можно сообщить длину волны клистронного генератора сантиметровых волн, которые будут использоваться в опытах, и задать расстояние между источником волн, экраном и приемником, сообразуясь с возможностями демонстрационного стола в кабинете физики. Пример упрощенного варианта расчета радиуса зон Френеля приведен в пособии для учащихся к факультативному курсу физики 11 класса [2].

Относительное уменьшение доли демонстрационного эксперимента на факультативных занятиях по физики, разумеется, не снижает роли и значения каждого опыта, выполняемого на демонстрационном столе. Учащиеся, проявляющие интерес к физикк, хотели бы на каждом занятии выполнять или увидеть новые опыты.

1.2 Особенности организационных и проведение демонстрационных экспериментов

В настоящее время в связи с совершенствованием обучения и воспитания школьников, подготовкой их к трудовой деятельности особое значение приобретает развитие школьного физического эксперимента.

Как вспомогательное средство демонстрационный эксперимент применяется в практических методах обучения. Необходимость сочетания слова учителя с показом физических явлений и закономерностей объясняется тем, что в демонстрационном эксперименте даже показ одного из явлений природы всегда сопровождается обилием чувственно воспринимаемых деталей. Главное и второстепенное, существенное и случайное, объект наблюдения и вспомогательные детали предстают перед учеником одновременно. Требуется направляющее слово учителя, которое концентрирует внимание на главном, существенном в объекте наблюдения. Слово учителя не только руководит зрительным восприятием, но и помогает учащимся делать выводы, формулировать заключения. Наконец, слово учителя кодирует зрительные образы в понятия. Задача политехнического образования требует ознакомления учащихся с практическими применениями изученных явлений и закономерностей в быту, технике и в производственных процессах. [3]

В решении этих многочисленных задач, стоящих перед школьным курсом физики, в значительной мере могут быть использованы возможности демонстрационного эксперимента. Демонстрационный эксперимент в процессе сообщения новых знаний используется для показа физических явлений, формирования физических понятий, показа связей между изученными явлениями и возможных путей использования явлений и закономерностей в современной технике. Особенно существенна роль демонстрационного эксперимента в развитии у учащихся наблюдательности, образного мышления, умения делать обобщения на основе наблюдаемых фактов, предвидеть ход течения наблюдаемого процесса и т. д. Являясь носителем учебной информации, убедительный своей объективностью, выразительный своей образностью, экономный по затратам учебного времени, впечатляющий, а потому легко запоминающийся, демонстрационный эксперимент активно формирует знания учащихся. Одним из условий успешного формирования физических понятий и теорий является система рационально подобранного и хорошо поставленного учебного эксперимента. Необходимым условием успешности обучения является сосредоточенность ученика. Нередко недопонимание, плохое запоминание объясняются не плохой сообразительностью, не плохой памятью, а недостатками внимания. Демонстрационный эксперимент в преподавании физики вызывает включение всех факторов привлечения внимания. Значительная часть мальчиков имеет рано пробудившийся интерес к технике, поэтому появление на рабочем столе любых технических устройств в виде приборов эксперимента привлекает их внимание. Практически каждый ученик при ответе на поставленный вопрос начинает с описания опыта, который он видел на уроке. Зрительные образы демонстрационных опытов сохраняются в памяти лучше, чем теоретический материал и выполняют функции опор, на которых выстраивается учебный материал. Используя учебный эксперимент, я имею возможность: [3]

А) Показать изучаемое явление в педагогически трансформированном виде и тем самым создать базу для его изучения

Б) Проиллюстрировать проявление установленных в науке закономерностей в доступном для учащихся виде;

В) Познакомить учащихся с экспериментальным методом изучения физических явлений;

Г) Показать применение изученных физических явлений в быту и технике;

Д) Повысить наглядность преподавания и тем самым сделать изучаемое явление более доступным для учащихся.

В педагогической практике при изучении физики необходима постановка следующих групп опытов, имеющих большое значение для обучения: [3]

1. Опыты, помогающие уяснить тему. Например, при объяснении темы «Свойства газов, жидкостей твёрдых тел» нужно показать расширение газов при нагревании. Для этого демонстрирую опыт с шаром и шприцом. Убедительным в этом эксперименте является то, что расширившийся газ легко поднимает поршень шприца с установленной на нём гирькой. При объяснении темы «Магнитное поле тока» вводится понятие силовых линий магнитного поля или линий магнитной индукции. То, что эти линии действительно существуют, показываю с помощью такого опыта: берётся рамка с током, вокруг которой расположена площадка для размещения на ней железных опилок. После включения тока и встряхивания площадки линии магнитной индукции становятся видны довольно отчётливо.

2. Опыты, в ходе которых показывается применение изученных физических явлений в технике и изучается принцип работы технических установок. Демонстрация подобных опытов необходима для подготовки учащихся к практической деятельности и для иллюстрации связи физики с техникой. Например, после изучения темы «Трансформаторы» ученики довольно легко понимают принцип работы сварочного аппарата, но для более полного запоминания работу такого аппарата нужно показать. Во время изучения принципа действия и конструкции электродвигателей даётся понятие о генераторах. Показываю работу генератора, обращаю внимание, что принципиальных конструктивных отличий между генератором и электродвигателем не существует. Демонстрирую обратимость генератора в электродвигатель.

3. Эффектные опыты, предназначенные для возбуждения интереса учащихся к миру физических явлений. Эффектный опыт способен пробудить у учащегося интерес как к теме. Так и к физике в целом. Например, при изучении темы «Индукционный ток, самоиндукция» интерес учащихся вызывают такие опыты: прыжки катушки при подаче на неё тока, загорание лампочки, прыжки кольца с сердечника катушки. При изучении электромагнитов удивление учащихся вызывает их способность держать тяжёлые грузы. Ещё интереснее ученикам, если они сами пытаются оторвать платформу от электромагнита.

4. Опыты, в ходе которых нужно поставить перед учениками проблему, над которой мы будем работать в течение урока. Так, тему «Дисперсия» начинаю с показа спектра белого света и уже позже, используя знания по преломлению светового луча в различных средах, мы разбираем, почему стеклянная призма разлагает белый свет на отдельные цвета. Тему «Дифракционная решётка» также начинаем с просмотра дифракционной решётки, видим, что свет также разлагается в спектр. Теоретически обосновываем, что этому способствует разная длина волн различных цветов, определяем качественную связь между углами отклонения фиолетового, красного и всех промежуточных цветов. Используя полученное соотношение, выпускники определяют длины волн всех пяти основных цветов спектра: красного, жёлтого, зелёного, голубого и фиолетового.

Постановка эксперимента учащимися при объяснении новой темы.

Например, изучить тему «Электричество» можно только с использованием этого способа. Перед изучением фундаментальных законов необходимо научить детей пользоваться амперметром и вольтметром, которые нужны для измерения силы тока и напряжения в электрических цепях. Наибольшую трудность представляет цена деления данных приборов и умение правильно снимать показания со шкалы. Более сложным для понимания учащихся является амперметр. Сначала записываем с учениками такое правило:

Чтобы определить показание амперметра, нужно: А. Записать цифру, стоящую слева от стрелки; Б. Посчитать число делений между этой цифрой и стрелкой; В. Число делений умножить на 0,05. Г. Полученное число сложить с записанной в начале цифрой. Так мы получаем силу тока, которую показывает амперметр. Несмотря на кажущуюся сложность данного определения именно этот вариант считывания значения силы тока оказался самым приемлемым. Многократно измеряя силу тока в цепях с различными потребителями (лампочкой, электродвигателем, резистором, в смешанных цепях) и повторяя алгоритм снятия показания прибора, ученики начинают работать без помощи своих записей.

Весь этот процесс повторяется при изучении вольтметра. Правило записывается аналогичное, но в пункте В. число делений умножить на 0,2. Имея опыт работы с амперметром, учащиеся осваивают вольтметр гораздо быстрее. Когда освоены измерительные приборы, перехожу к закону, который является основой всей темы «Электричество» - закону Ома. Трудность заключается в том, что нужно получить зависимость силы тока от напряжения, а ученики на этом этапе ещё не знают, как можно изменить эти параметры электрической цепи, т.к. с реостатом (прибором для изменения силы тока в цепи) по программе их знакомят позже. Решение этой проблемы заключается в следующем: тему «Реостаты» сдвигаю вперёд. Объясняю их предназначение, конструкцию и сразу же провожу практическое занятие по освоению реостата.

Дети очень быстро убеждаются, что реостат действительно служит для изменения силы тока в цепи. Подключив в цепь вольтметр, проводим качественные замеры разброса силы тока и напряжения, т.е. получаются минимальные значения силы тока и напряжения и максимальные значения силы тока и напряжения. Это является основой для записи закона Ома. На следующем уроке достаточно вернуться к записанным значениям и попросить посчитать отношение напряжения к силе тока при минимальных и максимальных значениях. Эти отношения оказываются равны между собой.

Полученный коэффициент является характеристикой данной электрической цепи, он является неизменным для этой цепи и носит название сопротивления цепи. Введя букву для обозначения сопротивления, записываем уже известное соотношение, но поясняю, что данная формула называется законом Ома, в честь немецкого учёного Георга Ома, которому впервые удалось её получить. При изучении последовательного и параллельного соединения проводников учащиеся активно работают и думают только в том случае, если сами будут измерять все характеристики цепи. Например, при объяснении темы «Последовательное соединение проводников» ученики сначала измеряют силу тока во всех участках предложенной цепи. Так они убеждаются, что при последовательном соединении сила тока везде одинаковая. Затем замеряются напряжения на каждом резисторе отдельно и общее напряжение, после чего легко сделать вывод о том, что общее напряжение в цепи при последовательном соединении равно сумме напряжений на всех проводниках, из которых состоит данная цепь.

Теперь, имея численные характеристики своих цепей, учащиеся могут посчитать сопротивления всех включенных в цепь резисторов и сравнить их с общим сопротивление цепи. Вывод: общее сопротивление всей последовательной цепи равно сумме сопротивлений всех резисторов, включенных в цепь. Аналогично проводится изучение темы «Параллельное соединение проводников». При такой работе ученики надолго запоминают характеристики цепей, активно тренируются в монтаже и демонтаже электрических цепей, учатся проявлять осторожность при работе с электрическим током.

Теоретический материал, которым я дополняю такие уроки, воспринимается гораздо легче, чем теория, лишённая практической деятельности ученика. V. Ставлю перед учениками вопрос и предлагаю найти ответ на него экспериментально. (Иногда поиск ответов можно ограничить формулировкой общей идеи исследования, без его детализации.) Этот способ активизации учащихся можно использовать в тех случаях, когда выдвижение идеи исследования доступно ученикам (или требует лишь небольшой помощи учителя), причем в короткое время, чтобы не вызвать большой потери времени на уроке. (Заранее надо предусмотреть, какие могут возникнуть затруднения у учеников, и подготовить вопросы, которые помогли бы им «сдвинуться с места», но в то же время не устраняли проявление их творческой мысли.) Опытов, при выполнении которых может быть с успехом использован данный способ, довольно много. Приведу примеры.

После введения понятия силы трения и ознакомления со способом ее измерения ставятся вопросы: «Как исследовать зависимость силы трения от значения силы, прижимающей тело к поверхности, по которой оно движется?», «Как исследовать, зависит ли сила трения от площади опоры тела (площади его соприкосновения с поверхностью), если сила, прижимающая к ней, остается неизменной?» и т.п.

Изучив параллельное соединение проводников и формулу их общего сопротивления, можно поставить следующие вопросы: «Как изменится сопротивление параллельного соединения при уменьшении (увеличении) сопротивления одной из его ветвей?», «Как проверить на опыте ваш ответ?». Схему опыта, с помощью которого это можно сделать, учащиеся должны предложить сами. Полезен и поиск зависимости сил токов в ветвях параллельного соединения от сопротивления ветвей; он и развивает мышление ребят, и помогает им хорошо усвоить новый материал.

При изучении закона электромагнитной индукции, имея на партах гальванометры и магниты, ученики довольно легко справляются с задачей предложить опыт по обнаружению индукционных токов и выясняют все закономерности, приводящие к их появлению. Т.к. магнит можно поднести только к катушке, старшеклассники сразу замечают, что стрелка гальванометра отклоняется при приближении магнита. Значит в цепи появился электрический ток. При остановке магнита ток исчезает. Следовательно он порождается только движущимся магнитом. При удалении магнита стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону. Вывод: направление тока при удалении магнита противоположно направлению тока при приближении магнита. Таким образом, явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в катушке при приближении или удалении магнита. Обобщение этого утверждения звучит так: электрический ток в замкнутом контуре возникает в том случае, если этот контур попадает в движущееся магнитное поле. Ясно, что этот вывод никак не воспримется учащимися при отсутствии собственного опыта с катушкой и магнитом [3].

Отдельным способом активизации познавательной деятельности учеников являются лабораторные работы. Теоретически они должны проводиться после изучения всех ключевых тем, но лабораторное оборудование физкабинета не позволяет этого сделать. Лабораторные работы формируют практические умения, позволяют ученикам овладеть навыком применения тех или иных физических закономерностей, понять тесную связь физики с окружающим миром и предметами.

Все лабораторные работы можно объединить в следующие группы:

* Наблюдение явлений и процессов (кипение, взаимодействие магнитов и др.)

* Градуировка приборов (динамометра, пружинных весов и др.)

* Измерение физических величин (влажности воздуха, показателя преломления, удельного сопротивления и др.)

* Изучение физических законов (уравнение состояния идеального газа, закона сохранения механической энергии и др.)

* Определение физических констант (ускорения свободного падения, жёсткости пружины, коэффициента трения и др.)

* Сборка простейших устройств и технических моделей (электродвигателя, электромагнита, трансформатора и др.)

* Изучение характеристик приборов и устройств (полупроводникового диода, конденсатора и др.) В систему экспериментальных методов, которыми овладевают учащиеся, входят следующие: непосредственной оценки (например, измерение температуры термометром), замещения (при измерении сопротивлений и емкостей), совпадений (в случае изучения закономерностей), компенсационный (когда собираются мостиковые схемы), а также калориметрический, спектральный и др.

При выполнении лабораторной работы каждый «исследователь» выступает как активное начало, поскольку он сознательно, с определенной целью собирает экспериментальную установку, воспроизводит интересующие его процессы, производит измерения и, обрабатывая их, убеждается в справедливости и объективности физических явлений и закономерностей. Однако проведение фронтальных лабораторных работ требует большого числа комплектов оборудования. Поэтому на фронтальные работы выносятся опыты, требующие простое оборудование.

Таким образом, в преподавании физики, как и в научных исследованиях, эксперимент выступает не только как источник знаний, как критерий достоверности физических закономерностей, как исходный пункт для проведения логических и математических операций или как результат, убеждающий в правильности выводов, но и как доказательство связи теории с практикой. В заключении отмечу, что целесообразность применения того или иного способа активизации познавательной деятельности учащихся зависит от многих обстоятельств: бюджета времени, подготовленности и развития учащихся класса, конкретной дидактической задачи, решаемой на уроке, и т.д. Важно при подготовке демонстраций всегда иметь в виду необходимость активизации учащихся и применять тот или иной способ, сообразуясь с конкретными обстоятельствами.

2. Методика проведения демонстрационных экспериментов в средней школе

Каким же образом организовать занятия по выполнению демонстрационных работ, чтобы, учитывая разнообразные интересы и способности участников факультета, создать условия для их самостоятельной и творческой работы?

Проследим возможный вариант организации фронтального выполнения демонстрационных работ на примере работы по определению атмосферного давления воздуха.

На столах помещено оборудование: стеклянная трубка с пробкой, воронка, резиновый шланг, линейка, штативы. Всей группе формируется задание: предложите метод определения атмосферного давления воздуха при помощи данного оборудования. Соберите установку, произведите необходимые измерения и определите атмосферное давление воздуха.

При обсуждении возможных вариантов выполнения задание обычно один из учащихся вспоминает опыт Торричелли. Выясняем что для осуществления аналогичного опыта с использованием воды нужно получить столб воды в 13,5 раза больше, чем столб ртути в опыте Торричелли, т.е около 10 м высотой. Вариант опыта очень интересен, но имеющиеся комплекты оборудования не дает возможности его выполнить. Возможное решение заключается в осуществлении изотермического процесса расширения определенной массы воздуха, заключенной в стеклянной трубке между поверхностью воды и резиновой пробкой.

При выполнении демонстрационных работ проблема организации самостоятельной и творческой деятельности учащихся заслуживает еще большего внимания. Для того чтобы демонстрационные работы оказались для всех учащихся интересными и посильными, в описание большинства работ могут быть выделены три ступени [4]:

1) Задание, сформулированное в общем виде. В зависимости от сложности подбора оборудования определены в описании или предоставляется учащимся.

2) Указание к заданию, помогающие учащимся в самостоятельном выполнении работы и содержащие необходимое дополнительное сведение.

3) Описание возможного варианта выполнения задания, в котором подробно описывается последовательность операций, которые должен выполнить учащийся.

Выделение ступеней задания позволяет удовлетворить индивидуальные запросы большинства участников эксперимента. Для того чтобы иметь возможность выполнять работу самостоятельно, задание, сформированное в общем виде, дается каждому. Указание к выполнению задания учитель может дать учащимся по их просьбе при возникновении затруднений в процессе самостоятельной работы. Если после ознакомления с указаниями затруднения останутся, учитель может предложить возможный вариант выполнения задания.

2.1 Физический эксперимент как необходимость составного умственного развития обучения и воспитание его творческих способностей

Особенности методики применения творческих упражнений являются следствия психологических и педагогических особенностей протекания творческой деятельности учащихся.

Первая особенность - это необходимость новой идеи для решения поставленной задачи. Новизна идеи субъективна, т.е идея является новой только для учащихся. Вместе с тем учитель, поскольку он знает возможный вариант решения, всегда может и должен уметь прийти на помощь тем, для кого задача осталась неодолимой. Так как главное - это найти идею, то на уроке должны быть созданы условия для индивидуальной самостоятельной работы учащихся [5].

Творческие задания и лабораторные работы имеют ту же особенность, что и творческие задачи. Эти работы могут быть поставлены в виде практикума, когда каждый ученик работает над своей темой на своей лабораторной установки. В отличии от обычных лабораторных оборудования и формулировку задачи, в которой указывается, что должно быть объяснено или сконструировано и экспериментально проверено, такой результат должен быть получен.

Вторая особенность - это интерес к поставленной задачи. Учитель должен заинтересовать учащихся, поскольку для интуитивного нахождения идеи большое значение имеет эмоции. Для этого важно правильно выбрать творческую задачу или лабораторную работу и умело провести занятие.

При выборе содержания творческого задания необходимо учитывать склонности и возрастные особенности учащихся, производственное окружение школы. Например, восьмиклассники очень любят спортивную тематику, интересуются автомобилями, моторной лодкой, аэросанями и всякого рода военной техникой. Городские школьники проявляют интерес к строительным машинам, сельские школьники - к сельскохозяйственной технике.

К воспитанию и решению творческих задач до этой тематике школьники готовятся к жизни. Что касается научной и лабораторной техники, а также тематики, связанной с более узким и конкретным производством, то к ней школьников приходится готовить используя беседы, кинофильмы, экскурсии, задания для самостоятельных наблюдений и т.п.

Большое значение имеет активный интерес к поставленным задачам самого учителя, его способность переживать радость творчества и заражать этим чувство учащихся [5].

Уместно вспомнить слова К.Э. Циолковского, который любил говорить о том, что сначала он делал открытия всем известные, потом - не так давно известные, а потом и совсем новые. Поэтому, предложить «переизобрести» магнитный дефектоскоп для обнаружения трещин, полостей и неоднородностей в стальных деталях. Успешно решающих творческие задачи следует поощрить, проявив уважение к интересной догадке.

Интерес и эмоциональная активность тесно связаны с успешностью творческой деятельности учащихся. Это третья особенность творческих упражнений. Это значит, что задача должна быть трудной, но посильной. Нужно разжечь веру в свои способности даже у самых слабых учащихся. К этому есть ряд непременных условий [5]:

· Следует, прежде всего, убедится в том, что все предыдущие ступени овладениями знания учащимися успешно пройдены, т.е. учащиеся освоили пройденный материал, понимают смысл, помнят формулировки определений и законов, формулы и графики, а также умеют всем этим пользоваться для решения простейших тренировочных задач;

· Необходимо в каждом отдельном случае найти способ незаметно помочь тем, для кого задача оказалась неодолимой. Косвенная подсказка здесь может иметь решающее значение. Удачно приведенный пример, демонстрация опыта, умело заданный вопрос или мысль, высказанная вслух, - все это может быть средством помощи ученику;

· Обязательно следует давать задание в порядке нарастания сложности, начиная с очень простых задач или вопросов, требующих, по существу, лишь привести пример из техники. Этим удается привлечь внимание и вызвать активность всей группы;

· Использовать только те задачи, для которых учителю известен хотя бы один вариант верного и интересного решения;

· Творческие лабораторные работы должны давать возможность провести правильность найденного решения. Это зависит от простоты оборудования, от рациональности используемых методов измерений, и оценки их точности. Совпадение результата эксперимента с теоретически предвиденным дает большой эмоциональный подъем учащимся.

Для наиболее эффективной организации научно-технического творчества учащихся необходимо учитывать особенности процесса конструирования. Обычно в нем выделяется три основных этапа [5]:

1. Осознание проблемы и формулировка конструкторской задачи;

2. Принципиальное теоретическое решение сформулированной задачи и разработка проекта;

3. Проверка правильности составленного проекта и его материальное осуществление.

Эти три этапа в самом общем виде описывают процесс конструирования, который включает в себя изучения требований к новой машине, изучение других действующих машин, сбор необходимой информации из различных источников, отыскание или выбор принципа новой конструкции, математические расчеты, проектирование, изготовление опытного образца или модели.

Успешность конструкторской деятельности школьников зависит от их знакомства с устройством конструкции различных видов, знания теоретических сведений из физики, химии, математика, биологии и других наук, необходимых для понимания устройства конструкции, и умения проектировать, выполнять необходимых чертежи и расчеты.

Вместе с тем способности к конструированию зависит от целого ряда особенностей, устойчивости внимания, избирательной памяти, быстроты реакции ряда других.

2.2 Требование к профессионально-методологической подготовки учителя физики в области методики и техники демонстрационного эксперимента

Отличие в принципах организации и методике проведения факультативных занятий от обязательных открывают ряд новых возможностей для успешного решения задач трудового воспитания и профессиональной ориентации учащихся.

На обычных уроках деятельность ученика в основном индивидуальна. Как ему кажется, только он сам является потребителем продукта своего труда - добытых знаний - и только он получает вознаграждение за свой труд - оценку, престиж в классе, одобрение и порицание в семье. От ученика обычно остается скрытой общественная значимость его учебного туда, его успех или его неудача редко воспринимаются остальными учащимися в классе как общий коллективный успех или коллективная неудача. Не случайно, что для успешного решения воспитательных задач, создание коллектива в классе учителям приходится искать общие для всего класса дела и задачи за пределами круга основных задач школы - на субботниках по сбору металлолома и макулатуры, в туристических походах и других воспитательных мероприятиях. Их эффективность при всей полезности, конечно, не может сравнится воспитательным эффектом повседневной практики учебного труда в классе. Эта практика резко отличается от практики производственных отношений, с которой встретился выпускник школы за ее стенами [6].

Отсутствие привычки интересоваться трудом товарища, причинами его успехов и неудач, привычки взаимопомощи и взаимовыручки в труде при вступлении выпускника школы в трудовой коллектив отрицательно сказывается на результатах общего коллективного дела.

В производственном коллективе обязательно происходит разделение труда. Разделение труда определяется необходимостью повышение эффективности труда, выбор же характера индивидуального труда определяется интересами, склонностями и способностями человека. На факультативных занятиях по физике тем учащимся, которые имеют склонности к выполнению эксперимента, можно поручать подготовку демонстраций, постановку лабораторных работ, изготовление простых приборов и моделей. Ученикам, имеющим повышенный интерес к занятиям теорией, можно чаще поручать подготовку докладов, выступление на семинарах. Не ограничиваться таким грубым разделением на «экспериментаторов» и «теоретиков», учитель через 3-4 недели после начала занятий факультативной группы должен выяснить индивидуальные особенности, интересы и склонности каждого ученика факультатива, узнать, что ожидает от факультатива каждый из них. Эта задача вполне разрешима, так как в группе обычно занимается не более 20 человек. Выяснив интересы и подобрать индивидуальное задание каждому из них, рассчитанное на работу в течение нескольких недель или даже месяцев дома или в библиотеке, в физическом кабинете или в школьных мастерских.

Выполнение текущих поручений и индивидуальных заданий, рассчитанных на длительное время, разбивает навыки самообразования, дает возможность каждому ученику выбрать занятие в соответствии с его интересами и выполнять его в темпе, определяемом собственными желаниями и возможностями.

Однако прекращение факультатива лишь в группе для руководства развитием индивидуальных способностей учащихся было бы грубой педагогического ошибкой. Каждой индивидуальное задание должно иметь ценности не только для того учебника, который его выполняет, но и для всех остальных участников факультатива. Каждый подготовленный доклад или реферат должен быть заслушан и обсужден, модели, приборы и лабораторные установки, изготовленные или собраны отдельными участниками факультатива, обязательно должны быть нужными, полезными для его товарищей. Таким образом, труд каждого участника факультатива должен быть полезным для всех членов этого коллектива.

Если ученик при ответе у доски на обычном уроке повторяет то, что сказала вчера учитель и читали в учебнике все его одноклассники, то ни пользы от такого рассказа, ни интерес к нему со стороны товарищей ученик не видит. На факультативных занятиях для доклада или сообщения на семинаре обычно выбирается тема, малоизвестная большинству участников факультатива. Это гарантирует интерес к сообщению интерес к результатам их работы является серьезным стимулом для повышения активности участников факультатива [6].

Кроме того, для подготовки каждого сообщения обычно подбирается литература, которой не располагают другие участники факультатива, и на докладчика возлагается ответственность перед товарищами за успешное проведение занятий. Такая же заинтересованность в результатах труда товарища существует и при подготовке лабораторных и демонстрационных заданий, изготовление и приборов и моделей. Взаимная заинтересованность в результатах труда, ответственности перед товарищами являются важными элементами отношения в трудовом коллективе, и это превращает факультатив в школу коллективного труда.

Выбор заданий, соответствующих индивидуальным интересам и способностям каждого, обеспечивает успешность их выполнения. В результате этого появляется уверенность в своих силах у каждого участника факультатива, каждый является лучшим «специалистом» в коллективе по одному или нескольким вопросам. Так, ученик, поставивший лабораторную работу практикума, знает теорию этой работы и тонкости выполнения эксперимента лучше всех остальных. При проведении практикума учитель может направлять к нему за консультацией всех остальных учащихся. Возможность быть консультантом по одному или нескольким вопросам для товарищей играет роль в самоутверждении ученика, стимулирует его к продолжению занятий.

3. Предлагаемый цикл демонстрационных работ ориентированный на программу 10-11-х классов

Предлагаемый цикл демонстрационных работ ориентирован на программу 10-11-го классов и содержит минимум, рекомендованный в поурочном планировании*. Мы старались использовать проверенное временем оборудование, которое в свое время серийно выпускалось заводами «Физтехприбор», «Электродело» и др. Как правило, именно этими приборами оснащены физические кабинеты средних школ. Демонстрации просты, отработаны на практических занятиях в лаборатории физики МИПКРО, традиционны по постановке. Надеемся, что их опробование не создаст дополнительных проблем у наших уважаемых коллег.

Краткий перечень основных приборов и оборудования:[7]

· источники питания постоянного и переменного тока типа ВУП-2 (ВУП-2м), ВС-24 (ВС-24м), ВС-4-12, ИПД-1 (имеют простые принципиальные схемы, легко ремонтируются в условиях школьной физической лаборатории);

· ламповые электронные осциллографы типа С-1, ОЭШ с большими экранами (неприхотливы в эксплуатации, обычная причина отказов - перегорание радиоламп);

· ламповые генераторы звуковой частоты типа ГЗШ, ГЗМ (зачастую не могут быть заменены полупроводниковыми ввиду недостаточной выходной мощности последних и невозможности согласования с нагрузкой);

· демонстрационные амперметры и вольтметры постоянного и переменного тока с шунтами и добавочными сопротивлениями.

Перед проведением любых демонстрационных работ необходимо учитывать, что главное в эксперименте - убедительность, что отказы в работе оборудования по любой причине недопустимы, поэтому рекомендуем перед началом учебного года провести несложное техническое обслуживание.

1. Обязательно проверьте крепление проводов сетевого питания в разборных штепсельных вилках на 220 и 42В у всех приборов, которые выносятся в класс (осциллографы, генераторы, источники питания и проч.), т.к. часто места соединений бывают покрыты окалиной или разболтаны.

2. Проверьте состояние предохранительных колодок и предохранителей во всех приборах. Обратите внимание на жесткость прижимных пружин, упругость и чистоту контактов в держателях, отсутствие «жучков».

3. Попробуйте восстановить своими силами перегоревшие дефицитные керамические или стеклянные предохранители, припаяв снаружи волосок, извлеченный из предохранителя большего размера, но рассчитанного на такой же номинальный ток.

4. Иногда при включении прибора лампочка индикации сетевого питания не зажигается либо мигает, что может быть воспринято как поломка оборудования, и привести к решению отказаться от демонстрации. Не поленитесь заранее проверить состояние лампочки индикации, патрона для нее и контактной пружины.

5. Перед демонстрациями обратите внимание на техническое состояние розеток демонстрационного стола. Проверьте чистоту и состояние контактов, бесперебойную подачу напряжения после включения автомата или распределительного щита.

6. При подготовке к демонстрации самым серьезным образом отнеситесь к состоянию соединительных проводов, особенно к местам их спаев с клеммами или соединений с вилками. В случае обрыва хотя бы нескольких жил провода замените его или перепаяйте соединение. На уроке всегда имейте под рукой несколько запасных проводов.

7. Не забывайте, что вы делаете демонстрационный эксперимент не для себя, а для своих учеников. Ученики должны видеть схему соединений и условные обозначения элементов перед собой на доске или на плакате. Научитесь быстро и четко собирать демонстрационную установку по предложенной схеме, наглядно обучая при этом детей обращению с физическими приборами и оборудованием.

Демонстрация низкочастотных затухающих, незатухающих и амплитудно-модулированных колебаний

Первый уровень

1. Демонстрация медленных затухающих колебаний Оборудование: электронный осциллограф, конденсаторная батарея переменной емкости 0 ё 58мкФ, полупроводниковый выпрямитель ВУП-2, демонстрационный вольтметр, универсальный трансформатор с катушкой на 120/220В, дроссельная катушка, однополюсный переключатель, набор проводов. [7]

Ход работы

Собирают демонстрационную установку с дроссельной катушкой на замкнутом сердечнике по рис. 1.

Рис. 1. Получение медленных затухающих электромагнитных колебаний; n+n2=3600 витков; n3=15 витков; C=0ё58мкФ

Внимание! До получения картины колебаний на экране осциллографа демонстрационный вольтметр в схему не включать!

1.1. Устанавливают емкость конденсатора в диапазоне 8 ё 32 мкФ, развертку осциллографа - на минимальную частоту, переключатель П в положение 1.

1.2. На схему подают напряжение от источника питания 50 ё 100 В, конденсатор заряжается. Затем переключатель перекидывают в положение 2, на экране наблюдают затухающие колебания.

1.3. Изменяют емкость конденсаторной батареи и подстраивают развертку осциллографа до получения на экране устойчивой выразительной картины затухающего процесса.

1.4. Снимают напряжение питания с конденсатора и подключают параллельно осциллографу демонстрационный вольтметр. Медленно, ступенями, повышают напряжение на выходе выпрямителя и следят за амплитудой колебаний стрелки демонстрационного вольтметра. Одновременно демонстрируют колебания на экране осциллографа и по стрелке демонстрационного вольтметра. Обсуждают причину затухания колебаний и способы изменения их амплитуды и частоты.

Не допускайте биения стрелки демонстрационного вольтметра о боковые упоры!

Второй уровень

2. Демонстрация медленных незатухающих колебаний

Оборудование: то же плюс панель с электронной лампой (6С2С, 6Н7С или 6Р1П).

Ход работы

Соединяют оборудование по схеме, приведенной на рис. 2. На начальном этапе демонстрации стрелочный демонстрационный вольтметр в схему не включать!

2.1. К источнику питания подключают ламповую панель, соблюдая полярность напряжений, указанных на лицевой стороне. Емкость контура устанавливают в пределах 16 ё 32мкФ, частоту развертки осциллографа выбирают минимальной.

2.2. Включают источник питания, при этом в лампе загораются нити накала. Ручкой выпрямителя повышают напряжение на аноде до 100-150В. На экране осциллографа наблюдают синусоидальные колебания низкой частоты.

2.3. Демонстрируют зависимость амплитуды и частоты колебаний от емкости конденсаторной батареи и величины напряжения на аноде лампы. Напряжение на аноде подбирают таким, чтобы не было заметно нелинейных искажений сигнала.

2.4. Ручкой выпрямителя снимают анодное напряжение на лампе и подключают параллельно осциллографу демонстрационный вольтметр. Постепенно увеличивают анодное напряжение и показывают колебания стрелки демонстрационного вольтметра. По осциллографу и демонстрационному вольтметру одновременно демонстрируют незатухающие колебания. Рассказывают, почему в данном случае колебания не затухают.

Рис. 2. Получение медленных незатухающих электромагнитных колебаний;

L₁ - катушка 120 витков (от универсального трансформатора);

L₂ - дроссельная катушка 1200 витков;

L₃ - дроссельная катушка 15 витков;

C = 0ё 58 мкФ;

V - демонстрационный вольтметр

Третий уровень

3. Демонстрация амплитудной (анодной) модуляции

Оборудование: электронный осциллограф, конденсаторная батарея 0 ё 58мкФ, полупроводниковый выпрямитель ВУП-2, демонстрационный вольтметр, универсальный трансформатор с двумя катушками на 120/200В, дроссельная катушка, однополюсный переключатель, ламповая панель с триодом 6Н7С, 6С2С или 6Н1П, ползунковые реостаты по 5кОм (2шт.), катушка индуктивности на деревянном кольце, ЛАТР выходным напряжением 127В, набор проводов.

Ход работы

Собирают схему по рис. 3.

3.1. Выставляют ползунок реостата в среднее положение, ручку ЛАТРа выводят на ноль, ламповую панель подключают к элементам схемы согласно рисунку на лицевой панели. Параллельно конденсатору (емкостью 0,5 1,0 мкФ) подключают осциллограф.

3.2. Размыкают однополюсный переключатель, включают источник питания и подают на лампу анодное напряжение 100 ё 150В. На экране осциллографа должны появиться незатухающие синусоидальные колебания. Вариацией параметров LC-контура добиваются максимально возможной частоты колебаний (несущая частота в данной демонстрации).