Демонстрационный эксперимент в современной средней школе

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

эксперимент познавательный урок физика

В период научно-технической революции, когда наблюдается быстрый рост научных знаний и их широкое внедрение в производство, перед школой стоит задача вооружить своих выпускников системой прочных знаний и умениями самостоятельно пополнять их и развивать свои познавательные способности.

Важнейший фактор успешного формирования прочных знаний по физике - развитие учебно-познавательного энтузиазма учащихся на уроках, которое достигается интеллектуальной и эмоциональной подготовкой школьников к восприятию нового учебного материала. Последнее предполагает широкое применение системы средств обучения в условиях комплектно оборудованного кабинета физики, позволяющего учителю с наименьшей затратой времени и усилий использовать любые средства обучения в комплексе, в системе.

Проблема стимулирования, побуждения школьников к учению не нова: она была поставлена еще в 40-50-е гг. И.А.Каировым, М.А.Даниловым, Р.Г.Лембер. В последующие годы к ней было привлечено внимание ведущих методистов- физиков нашей страны (В.Г.Разумовский, А.В.Усова, Л.С.Хижнякова и др.). Они поставили задачу формирования положительных мотивов учения в качестве одной из самых главных в обучении физике, ибо высокий уровень мотивации учебной деятельности на уроке и интереса к учебному предмету - это первый фактор, указывающий на эффективность современного урока.

В практике работы школы накоплен уже немалый опыт по активизации познавательной деятельности учащихся при обучении физике. Но нередко случается так, что описанный в литературе метод или отдельный прием не дает ожидаемых результатов. Причина в том, что: во-первых, у каждого конкретного класса свой опыт познавательной деятельности и свой уровень развития, во-вторых, меняются времена, а вместе с ними и нравы, и интересы детей. Поэтому, считается, что проблема активизации познавательной деятельности будет существовать во все времена.

Таким образом, актуальность данного исследования обусловлена перечисленными выше проблемами.

Основываясь на предположении, что работа учителя по активизации познавательной деятельности учащихся будет наиболее эффективной, а качество знаний учащихся будет выше, если при проведении уроков используются приемы и средства, активизирующие познавательную деятельность школьников и развивающие их познавательный интерес.

Цель работы заключается в разработке методики исследования приемов и средств, активизирующих познавательную деятельность школьников на уроках физики.

Объектом исследования является процесс активизации познавательной деятельности учащихся при изучении физики.

Предмет исследования составляют приемы и средства активизации познавательной деятельности, развивающие познавательный интерес школьников.

В работе поставлены задачи:

Изучить состояние исследуемой проблемы в педагогической теории и практике школьного обучения.

Выявить приемы и средства, активизирующие познавательную деятельность учащихся посредством развития их познавательного интереса.

Составление и разработка методических указаний и планов урока внеклассных занятий по физике



1.Проблемы развития познавательной деятельности учащихся при изучении физики

1.1 Цели и задачи активизации познавательной деятельности

Все способности человека, развиваются в процессе деятельности. Нет другого пути развития познавательных способностей учащихся, кроме организации их активной познавательной деятельности. Умелое применение приемов и методов, обеспечивающих высокую активность в учебном познании, является средством развития познавательных способностей обучаемых.

Развитие познавательных творческих способностей учащихся - цель деятельности учителя, а применение различных приемов активизации является средством достижения цели. Понимание этого важно для работы учителя. Заботясь о развитии учащихся, необходимо чаще использовать активные методы обучения. Но одновременно необходимо отдавать себе отчет в том, что являются ли используемые приемы и методы оптимальными, отвечающими имеющемуся развитию учащихся и задаче дальнейшего совершенствования их познавательных умений.

Применяя те или иные методы и приемы активизации, необходимо всегда учитывать имеющийся уровень развития познавательных способностей учащихся. Сложные познавательные задачи можно предъявлять лишь ученикам, обладающим высоким уровнем развития познавательных способностей. Задачи, не соотнесенные с уровнем развития познавательных сил учащегося, превышающие возможности ученика, предъявляющие к нему требования, значительно опережающие уровень имеющегося у него развития, не могут сыграть положительную роль в обучении. Они подрывают у ученика веру в свои силы и способности.

Система работы учителя по активизации учебной деятельности школьников должна строиться с учетом планомерного постепенного и целенаправленного достижения желаемой цели - развитие познавательных творческих способностей учащихся.

Любая деятельность человека (не только познавательная) складывается из отдельных действий, а сами действия можно разложить на отдельные операции.

Учащийся в процессе познавательной деятельности совершает отдельные действия: слушает объяснение учителя, читает учебник и дополнительную литературу, решает задачи, выполняет экспериментальные задания и т.д. Каждое из указанных действий можно разложить на отдельные психические процессы: ощущение, восприятие, представление, мышление, память, воображение и т.д.

Среди всех познавательных психических процессов ведущим является мышление, Действительно, мышление сопутствует всем другим познавательным процессам и часто определяет их характер и качество. Очевидна, например, связь между мышлением и памятью. Память тем полнее и лучше удерживает существенные свойства предметов и связь между ними, чем глубже они осмыслены в процессе изучения. Но мышление влияет и на все другие познавательные процессы.

Следовательно, активизировать познавательную деятельность учащихся - это значит, прежде всего, активизировать их мышление.

Кроме того, развивать познавательные способности учащихся - это, значит, формировать у них мотивов учения. Учащиеся должны не только научиться решать познавательные задачи, у них нужно развить желание решать эти задачи. Воспитание у учащихся мотивов учения в настоящее время является одной из главных задач школы.

Задача формирования у учащихся мотивов учения неразрывно связана с задачей развития мышления и является предпосылкой ее решения. Действительно, как и всякая другая деятельность, мышление вызывается потребностями. Поэтому, не воспитывая, не пробуждая познавательных потребностей у учащихся, невозможно развить и их мышление.

Итак, используемые учителем приемы и методы познавательной деятельности учащихся в обучении должны предусматривать постепенное, целенаправленное и планомерное развитие мышления учащихся и одновременное формирование у них мотивов учения.

1.2 Приемы и средства активизации познавательной деятельности на уроках физики

Активизация познавательной деятельности учащихся должна начинаться с использования различных средств, обеспечивающих глубокое и полное усвоение учащимися материала, излагаемого учителем.

Следует выделить четыре аспекта этого вопроса:

организация восприятия нового материала учащимися;

использование доказательных приемов объяснения;

учет методологических требований и психологических закономерностей;

обучение работе с учебником.

При правильно построенном объяснении материала учитель не только дает учащимся знания, но и организует их познавательную деятельность.

Большое значение, например, имеет то, как учитель вводит тему урока. Тема урока не должна просто сообщаться учащимся, надо убеждаться в их логической необходимости изучения каждого следующего вопроса программы. А для этого нужно раскрывать логику развертывания темы, взаимосвязь ее отдельных вопросов и естественно подводить учащихся к необходимости изучения материала урока.

Кроме того, учитель должен попытаться вызвать у учащихся интерес к теме: привести интересные факты, связанные с историей установления закона; показать опыты, на которые учащиеся могут найти ответ в ходе объяснения и т.д. Важно лишь при этом не затратить много времени и не отвлечь внимания учащихся от предстоящего объяснения. Перед объяснением учитель должен не только назвать и записать тему урока, привлечь к ней внимание учащихся, но и указать им те (познавательные) задачи, которые на данном уроке будут решаться.

Рассмотрим приемы объяснения материала на уроках физики.

К методам устного монологического изложения материала учителем относятся рассказ и объяснение. Характер физики как науки, отраженный в познавательных задачах школьного курса, требует, чтобы основным методом монологического изложения материала было объяснение, т.е. строго логически обоснованное раскрытие изучаемых вопросов. Доказательное изложение познавательных задач на уроках физики обеспечивает более глубокое усвоение материала.

Учителю физики необходимо знать, что излагать материал урока доказательными приемами - это значит, его нужно выводить либо из опыта, либо теоретически, используя при этом умозаключения по индукции, дедукции и аналогии.

Дедукция представляет собой рассуждение только от общего к частному, а индукция - от частного к общему.

Применение индуктивных приемов объяснения в процессе обучения способствует развитию конкретно-образного мышления учащихся, учит их наблюдать явления и замечать в них не что общее, существенное. Применение дедуктивных приемов способствует развитию у учащихся теоретического, абстрактного мышления, учит их рассуждать.[1, с. 22]

Одним из приемов объяснения материала на уроках физики является прием аналогии. При построении умозаключения по аналогии:

анализируют изучаемый объект;

обнаруживают его сходство с ранее изученным или хорошо известным объектом;

переносят известные свойства ранее изученного объекта на изучаемый объект.

В связи с этим мы рассмотрим место индуктивных и дедуктивных приемов при изучении различного физического материала: теорий, законов, понятий с учетом психологических закономерностей усвоения знаний учащимися.

а) Изучение физических теорий.

Физические теории строятся либо по методу принципов, либо по методу модельных гипотез. К числу теорий, построенных по методу принципов относятся классическая механика, термодинамика, специальная и общая теории относительности. Молекулярно-статистическая теория, электронная теория, теория атома строятся по методу модельных гипотез.

б) Изучение физических законов.

Физические законы очень различны по уровню содержащихся в них обобщений. Одни физические законы (закон сохранения и превращения энергии, закон сохранения заряда и др.) представляют собой весьма широкие обобщения. Другие представляют собой весьма частные утверждения: закон сообщающихся сосудов, законы плавания тел (условия плавания), закон (условие) равновесия рычага, условие равновесия тела на наклонной плоскости и т.д. Есть законы, истинность которых доказывается опытом и только опытом. Теоретического объяснения они не имеют. К числу их относятся закон Кулона. Другие законы, открытые опытным путем, ныне имеют теоретическое объяснение и могут быть выведены на основе теории (закон Паскаля, Архимеда, газовые законы и т.д.). [2, с. 20]

в) Изучение физических понятий.

Понятия являются языком науки. Они должны быть обязательно усвоены учащимися. Не овладев понятием, нельзя осмыслить любое научное утверждение (законы, закономерности, положения теории и т.п.).

Обеспечение глубокого понимания учащимися изучаемого материала является лишь первой ступенью активизации их познавательной деятельности и тем условием, на фоне которого могут использоваться приемы и методы, требующие от учащихся большей самостоятельности.

Рассмотрим приемы и методы работы, рассчитанные на развитие логического мышления учащихся.

Метод эвристической беседы.

Для развития логического мышления учащимся в процессе обучения необходимо предоставлять возможность самостоятельно проводить анализ, синтез, обобщения, сравнения, строить индуктивные и дедуктивные умозаключения и т.д. Такая возможность предоставлять учащимся при ведении урока методом беседы.

Однако следует отметить, что не всякая беседа активизирует познавательную деятельность учащихся, способствует развитию их мышления. Иногда учитель задает учащимся вопросы на воспроизведение ранее усвоенных знаний. Например, перед введением понятия центростремительного ускорения учитель ставит перед учащимися ряд вопросов для воспроизведения того материала, на который будет опираться объяснение: что такое ускорение? Что характеризует ускорение? В каких единицах измеряется ускорение? Что можно сказать об ускорении равнопеременного движения? И т.д. Такая вводная беседа необходима, она подготавливает базу для усвоения нового материала. Но все вопросы ее обращены лишь к памяти учащегося и требует воспроизведение уже известных знаний. Она проводится на низком уровне познавательной деятельности учащихся. Их активность (поднятие руки, желание ответить) носит внешний характер и не характеризует напряженной умственной деятельности. Надо отметить, что, к сожалению, в практике преподавания вопросы, требующие от учащихся воспроизводящей деятельности, часто преобладают.

Активизация познавательной деятельности, таким образом, определяется не самим методом беседы, а характером задаваемых вопросов. Беседа активизирует познавательную деятельность, если вопросы рассчитаны на мышление учащихся, их аналитико-синтетическую деятельность, если они направлены на получение индуктивного или дедуктивного вывода. Назовем такую беседу эвристической, так как она подводит учащихся к новому знанию.

При индуктивном введении нового материала учитель ставит вопросы, направленные на то, чтобы учащиеся самостоятельно в ходе анализа выделили общие черты наблюдаемых объектов и пришли к обобщению.

При дедуктивном выводе нового знания или при теоретическом пояснении экспериментально установленного факта учитель, обрисовав существенные черты рассматриваемой модели, включает учащихся в мысленный эксперимент и предлагает им предсказать те изменения, которые будут наблюдаться в ходе его. Например, при объяснении опыта Штерна учитель описывает и зарисовывает на доске схему установки, подчеркивая при этом, что испускаемые накаливаемой нитью атомы серебра оставляют след на внешнем цилиндре напротив прорези во внутреннем цилиндре. Далее учитель предлагает учащимся включиться в мысленный эксперимент. Предположим, что скорости всех атомов серебра одинаковы при данной температуре нити. Какой вид будет иметь след от атомов серебра, испускаемых нитью, и где он расположиться, если прибор вращать с постоянной угловой скоростью? О чем свидетельствует размытый след? Куда попадут более быстрые атомы серебра? Куда попадут медленно движущиеся атомы? Как можно определить скорость каждой группы атомов из результатов данного опыта.

Развитие мышления учащихся в ходе эвристической беседы зависит от искусства учителя задавать вопросы. Вопросы могут быть очень детальными. Ответы на такие вопросы не требуют от учащихся пытливости мысли, серьезной и вдумчивой работы ума.

В практике обучения эвристическая беседа, кроме вопросов, рассчитанных на мыслительную деятельность логического уровня, может включать (и часто включает) вопросы и задания, требующие от учащихся высказываний интуитивного характера (догадки, выдвижения возможных предположений и т.д.). Эти частично-поисковые задания придают эвристической беседе совершенно иной, исследовательский характер. По уровню своего воспитательного воздействия эвристическая беседа с элементами исследования приближается к проблемной беседе.[3, с 34]

Задания на сравнение и систематизацию материала.

Большое влияние на умственное развитие учащихся оказывают задания, требующие сравнения, систематизации и обобщения уже изученного материала. Например, в таблице 1.1 представлены результаты сравнения гравитационных и электростатических сил.

Таблица 1.1 Сравнения гравитационных и электростатических сил

Общие свойства	Различия
1. Силы центральные.	1. Различна природа сил.
2. Одинаково изменяются с расстоянием.	2. Электромагнитные силы в 1039 раза больше сил тяготения.
3. Универсальны.	3. Электромагнитные силы проявляют себя и как силы притяжения, и как силы отталкивания, гравитационные силы - силы притяжения.
4. Справедливы для точечных зарядов и масс.

В электродинамике изучаются различные частные примеры электромагнитного поля: электростатическое, стационарное электрическое, вихревое электрическое и магнитное. Можно сопоставлять их свойства, находить в них общее и отличное. Сопоставлению поддаются магнитные свойства вещества (ферромагнетики, пара- и диамагнетики), свойства полей и вещества, ход лучей в линзах и зеркалах и т.д. В школьном курсе можно найти множество примеров для соответствующих заданий учащимся. При логико-поисковой работе учащихся значительная часть материала изучается ими на основе активной познавательной деятельности.

Организовать творческую поисковую деятельность учащихся можно не только на этапе применения знаний, но и при изучении нового материала.

При проблемном обучении познавательную деятельность учащихся стремятся организовать по логике развертывания познавательного творческого процесса, а именно:

Создают проблемную ситуацию, анализируют ее и в ходе анализа подводят учащихся к необходимости изучения определенной проблемы.

Включают учащихся в активный поиск решения проблемы на основе имеющихся знаний и мобилизации познавательных способностей. В отдельных случаях можно организовать предварительное изучение тех знаний, которые могут помочь учащимся решить проблему. Выдвигаемые в ходе поиска гипотезы и догадки должны подвергаться анализу, с тем, чтобы найти наиболее рациональное решение.

Предлагаемое решение проблемы проверяется иногда теоретически, чаще экспериментально. Проблема решается, и на основе этого решения делается вывод, который несет в себе новое знание об изучаемом объекте. В процессе решения проблемы выясняется необходимость исследования других сторон изучаемого объекта. В результате учащиеся добывают некоторую систему знаний.[4, с. 57]

В настоящее время многие считают, что проблемное обучение начинается с постановки учебной проблемы. Именно это исходное утверждение мешает выявлению различий между проблемным и традиционным обучением, ибо и в традиционном обучении всегда выдвигаются (должны выдвигаться) познавательные задачи урока, которые можно рассматривать как проблемы для предстоящего изучения.

В соответствии с основными закономерностями творческой познавательной деятельности, которые являются теоретической основой проблемного обучения, проблемное обучение должно начинаться с организации проблемных ситуаций, а не с формулировки учебных проблем.

Исследования показывают, что на уроках физики можно для создания проблемных ситуаций использовать три типа противоречий:

Противоречия между жизненным опытом учащихся и научными знаниями;

Противоречия процесса познания. Иначе говоря, противоречия между ранее полученными учениками знаниями и новыми. Это противоречие возникает в силу того, что на любом этапе обучения раскрытие свойств объекта не является исчерпывающим и на следующем этапе возникает возможность в яркой, противоречивой форме вскрыть несоответствие новых и имеющихся знаний;

Противоречия самой объективной реальности. Самым известным видом последнего противоречия являются квантовые и волновые свойства фотонов и других элементарных частиц.

Проблемные ситуации возникают в ходе познавательной деятельности человека. Поэтому для введения в проблемную ситуацию нельзя (недостаточно) просто указать учащимся на противоречие. Необходимо организовать их деятельность так, чтобы они сами натолкнулись на некоторое несоответствие познаваемого с имеющимися у них системой знаний. Деятельность эта может быть различной. Например, решение задачи, дающей парадоксальный ответ, расчет, не подтверждающийся экспериментом, беседа, в ходе которой (чаще всего на основе анализа опытов) учитель умело подводит учащихся к осознанию некоторого противоречия. [5, с 12]

Важно не только то, что говорит учитель, но и как он это говорит. Учитель всем своим видом и поведением должен показывать крайнюю заинтересованность в изучаемом явлении, в наблюдении опытов, их анализе; вместе с учащимися удивляться полученному несоответствию, показывать свою “озадаченность”, побуждать их к раскрытию “тайны” природы. Без такого эмоционального отношения учителя к изучаемому вопросу проблемное обучение может не состояться.

Чтобы не ограничиваться отдельными примерами, а выявить возможности курса физики для развития интуиции учащихся, проанализируем место интуитивных моментов в научных физических исследованиях.

В экспериментальных исследованиях по физике интуиция ученого проявляется, прежде всего, в предугадывании конечного результата эксперимента. Исследователь заранее предвидит или смутно угадывает результат эксперимента.

Немало интуиции проявляет исследователь и при анализе результатов эксперимента. Умение понять сущность наблюдаемого, увидеть новое, ранее неизвестное явление - это качество, присущее талантливому исследователю.

В теоретических исследованиях (если исключить из анализа создание самой теории) кульминационный момент творчества состоит либо в предсказании новых следствий теории, либо определении тех явлений и фактов, которые могут быть подведены под данную теорию, т.е. объяснены ею.

При изучении материала на основе теории, учащимся полезно ставить задания на предсказание новых следствий, а также на поиск принципа объяснения изучаемых явлений. Нахождение принципа объяснения того или иного явления часто составляет сущность (и основную трудность) решения качественных задач, а поиск ответа на вопрос “как?” составляет основную ценность творческих заданий.

Успеха можно добиться лишь в том случае, если работу по развитию познавательных способностей учащихся проводить систематически.



2. Демонстрационный эксперимент в современной средней школе

2.1 Место демонстрационного эксперимента в системе методов обучения физике

Демонстрационный эксперимент как метод обучения появился практически одновременно с началом преподавания систематического курса физики. Объясняется это не только стремлением преподавателей подчеркнуть экспериментальный характер науки физики и не только желанием ознакомить учащихся с методами исследований, применяемых в познании физических явлений и закономерностей, но главным образом потому, что трудно объяснить многие явления природы, пользуясь лишь словесными описаниями. Вот почему уже первый учебник физики на русском языке знакомил учащихся с наукой о природе через систему физических опытов.

В предисловии к этому учебнику М. В. Ломоносов писал: "Мысленные рассуждения произведены бывают из надежных и много раз повторенных опытов. Для этого начинающим учиться физике наперед предлагаются ныне обыкновенно нужнейшие физические опыты, купно с рассуждениями, которые из оных непосредственно и почти очевидно следуют" [6; с. 5].

Естественно, что основное внимание при разработке демонстрационных опытов на первом этапе становления демонстрационного эксперимента было сосредоточено на поиске способов показа. В ход шли и приборы, применявшиеся для научных исследований, и любые доступные материалы. Вот как описывает М. В. Ломоносов один из опытов: "Когда бараний моченый пузырь, оставив несколько в его морщинах воздуху, крепко завяжешь и под стеклянным колоколом... на крючке подвесив, около его находящийся воздух воздушным насосом вытянешь, тогда пузырь помалу надуется, так что ни одной морщины на нем не останется. Когда поршень вытянешь один раз, тогда много воздуха убудет, но потом следующими его движениями - чем далее, тем меньше. А понеже явно есть, что пузырь растягивается воздухом, в нем оставленным, для того следует, что воздух имеет силу, чем он во все стороны раздается, которая упругостью называется". Этот опыт, разумеется, с объяснением на современном научном уровне, и сегодня ставится в школьном физическом кабинете под названием "Раздувание резиновой камеры под колоколом воздушного насоса".

Изменилась материальная основа этого демонстрационного опыта, изменилась глубина проникновения в сущность демонстрируемого явления, но неизменной осталась педагогическая значимость опыта, определяемая задачей формирования представлений о свойствах газов.

М. В. Ломоносову для преподавания курса физики приходилось брать приборы в научных лабораториях и заниматься изготовлением недостающих. И в последующие годы внимание учителей физики было сосредоточено на создании материальной базы преподавания этого предмета. Накапливающийся опыт обучения физике с применением демонстрационного эксперимента все в большей мере убеждал в значимости этого метода преподавания.

Уже в конце прошлого столетия преподавание без использования учебного эксперимента получило название "меловая физика".

B советский период развития методики преподавания физики в государственном масштабе ведутся работы по совершенствованию материальной базы школьных физических кабинетов, а это, в свою очередь, послужило стимулом к более широкому использованию демонстрационного эксперимента в практике преподавания. Преподавание физики в массовой школе дало новые данные о месте и значении демонстрационного эксперимента, которые позволили известному советскому методисту П. А. Знаменскому сказать: "В настоящее время не может быть споров и сомнений о том, что при изучении физики в школе обязательно возможно более полное применение эксперимента. Ряд положений, воспринятых учеником, но не ставших для него даже фактами, вследствие отсутствия наблюдений и опыта, только обременяет память учащегося, но не дает понимания и не вырабатывает привычки самостоятельного и независимого суждения. Даже самый образный и красочный рассказ учителя об эксперименте не может заменить для учащегося непосредственного живого восприятия предметов и явлений" [7; 41].

В системе методов организации и осуществления учебно-познавательной деятельности учащихся, классифицируемых по источнику передачи и восприятия учебной информации, демонстрационный эксперимент относится к наглядным методам обучения.

По отношению к двум другим ведущим методам этой группы - словесным и практическим, демонстрационный эксперимент занимает особое место: он никогда не используется как уединенный метод, но всегда в сочетании со словесным (лекция, объяснение, беседа), а также с другими средствами наглядности (рисунки, таблицы, экранные пособия).

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.

Неразрывная связь словесных и наглядных методов в преподавании физики нередко порождает споры о месте демонстрационного эксперимента в изложении изучаемого материала.

Одни считают, что демонстрацией опытов можно лишь "иллюстрировать" учебный материал, изложенный словесно, на теоретическом уровне, а потому исходным началом в обучении должны быть общие положения, аксиомы, системы понятий, и лишь после усвоения теоретического закона должна использоваться наглядность для иллюстрации его применения.

Другие полагают, что логическим стержнем формирования прочных знаний должно быть четкое усвоение учащимися цепочки связанных звеньев: факты>модель>вследствие>эксперимент [8, с. 14]. Здесь демонстрация физических опытов начинает и завершает изложение учебного материала.

Следует признать, что не всегда характер содержания программного материала и оборудование физического кабинета дают учителю возможность выбора: изложить ли изучаемый материал сначала словесно, а затем проиллюстрировать сказанное опытами или же, опираясь на данные, полученные в ходе эксперимента, прийти к теоретическим обобщениям, а затем экспериментом проверить истинность теоретических следствий.

Но если имеются равные возможности и для того и для другого пути сообщения знаний?

Отвечая на этот вопрос, следует помнить, что сообщение учащимся знаний является важной, но не единственной задачей школы. Выбор методов обучения, характер изложения учебного материала и само содержание этого материала направлены на обучение, воспитание и развитие подрастающего поколения. Поэтому два возможных способа использования демонстрационного эксперимента в процессе изучения физики - эксперимент как иллюстрация к изложенным теоретическим положениям и эксперимент как источник фактов, основа для выводов и обобщений оказываются неравнозначными с точки зрения задачи формирования мировоззрения учащихся.

В первом случае мы сообщаем ученикам о существовании "великой идеи", теоретического закона, которые можно применить для объяснения явлений природы. При этом у учеников складывается мнение, что законы природы выдумывают ученые, что, конечно совершенно неверно.

Второй путь от явления к сущности, от того, что можно наблюдать в окружающей природе и в демонстрационном эксперименте, к теоретическим обобщениям, а затем к практике, где, опять-таки, учебный эксперимент позволяет своими глазами убедиться в правомерности и теоретических обобщений, и всех следствий, которые из этой теории вытекают. Этот путь характерен для материалистического понимания процесса познания и потому предпочтительнее для формирования марксистско-ленинского материалистического мировоззрения.

2.2 Особенности демонстрационного эксперимента

Демонстрационный эксперимент как метод обучения принадлежит к иллюстративным методам. Главное действующее лицо в демонстрационном эксперименте - учитель, который не только организует учебную работу, но и проводит демонстрацию опытов. Демонстрационный эксперимент имеет существенный недостаток - ученики не работают с приборами (хотя некоторые из них могут вовлекаться в подготовку демонстраций).

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Схема 2.1. Структура демонстрационного эксперимента

Перечень обязательных демонстраций из каждой темы школьного курса физики есть в программе. В него входят, в первую очереди опыты, которые составляют экспериментальную базу современной физики, их называют фундаментальными, это, в первую очередь, исследования Галилея, Кавендиша, Штерна, Кулона, Эрстеда, Фарадея, Герца, Столетова и др. Некоторые из них могут быть воспроизведены в школьных условиях с достаточной достоверностью, другие же требуют сложного и дорогого оборудования (опыты Лебедева, Милликена, Резерфорда), а поэтому могут быть показаны лишь средствами кино, телевидения, или промоделируемы с помощью компьютерной техники.

Постановка этих опытов должна быть максимально четкой, а об яснение - продуманным и отображать не только физическую суть эксперимента, но и его место в системе физической науки.[9, c. 154 ]

С педагогической точки зрения демонстрация опытов является необходимой при решении ряда специфических задач, а именно:

Для иллюстрации объяснений учителя. Практика свидетельствует, что эффективность усвоения учебного материала значительно повышается, если объяснение учителя сопровождается демонстрацией опытов. Ведь в ходе демонстрации учитель имеет возможность руководить познавательной деятельностью учеников, акцентировать внимание на обстоятельствах наиболее важных для понимания сути учебного материала. Демонстраций такого типа более всего в обязательном минимуме, предусмотренном программой.

Для иллюстрации применения выученных физических явлений и теорий в технике, технологиях и быту. Демонстрация таких опытов является необходимой не только для иллюстрации связей физики с техникой, но и для подготовки учеников к жизни в условиях современного технизированного общества.

Для возбуждение и активизации познавательного интереса к физическим явлениям и теориям. Эффективный демонстрационный эксперимент может быть своеобразным толчком к активной познавательной деятельности учеников, особенно, если он носит проблемный характер. (Например, демонстрация плавания стальной иглы на поверхности воды создает проблемную ситуацию, которая может быть положена в основу изучения свойств поверхностного слоя жидкости).

Для проверки предположений, выдвинутых учениками в ходе обсуждения учебных проблем.

2.3 Методика и техника демонстрационного физического эксперимента

Поскольку современная методика физики предлагает большое количество демонстраций из каждой темы школьного курса физики, перед учителем всегда возникает проблема отбора опытов при подготовке к каждому конкретному уроку. При наличии нескольких вариантов опытов следует отобрать те, которые:

Наиболее полно отвечают теме и дидактическим целям урока;

эффективно вписываются в логическую структуру урока;

наиболее выразительно иллюстрируют явление или физическую теорию;

могут быть воспроизведенные на самом простом оборудовании (но без потери эффективности).[10, c. 304]

Другие методические требования к организации демонстрационного эксперимента такие:

Учеников необходимо готовить к восприятию опытов. Идея опыта, его ход и полученные результаты должны быть понятными ученикам. С этой целью учитель должен объяснить схему установки, все ее составляющие, обратить внимание на измерительные приборы, или на те элементы, на которых оказывается наблюдаемый эффект.

При возможности опыты нужны ставить в нескольких вариантах (особенно, если это способствует более глубокому усвоению учебного материала).

Количество демонстраций на уроке не должна быть слишком большой. Демонстрационный эксперимент должен способствовать изучению учебного материала и не отвлекать от главного на уроке.

Если позволяет оборудование, демонстрационные опыты следует проводить с установлением количественных соотношений (числа должны быть предварительно подобранными и удобными для операции ими!).

Демонстрационную установку следует собирать перед учениками в процессе преподавания учебного материала. Лишь при условии использования очень сложного оборудования, установка может быть собрана предварительно (по этой причине не следует увлекаться использованием готовых стендов).

Установка должна быть максимально надежной, а техника демонстрирования отработанной.

В случае отказа установки, следует отыскать и быстро ликвидировать неисправность, а опыт повторить, достигнув позитивного результата. Если это сделать при данных обстоятельствах невозможно, необходимо объяснить ученикам причину отказа и обязательно воспроизвести демонстрацию на следующем уроке.

Не следует подменять демонстрационный эксперимент, доступный для школьных условий, показом соответствующих кинофрагментов или компьютерным моделированием.

Техника демонстрирование должна удовлетворять двум требованиям:

метод демонстрирования должен максимально отвечать научному и давать достоверные результаты;

в процессе демонстрирования нужно достичь максимальной видимости ожидаемого и существенных составных частей установки.[11, c. 5-18]

Для обеспечение хорошей видимости нужно придерживаться таких правил:

Ни сам учитель ни его руки не должны закрывать приборы.

Отдельные приборы или их части не должны затенять друг друга. В связи с этим приборы разносят не только по горизонтали, но и по вертикали, применяя разные подставки и столики.

Рисунок 2.1 Пример расстановки приборов

Приборы нужно хорошо освещать. Для этого применяют специальные осветлители и экраны. Опыты со световыми явлениями, которые слабо наблюдаются, проводятся в темноте.

Рисунок 2.2 Освещение приборов

Если явления происходят в бесцветных телах или жидкостях, то их делают видимыми одним из методов контрастирования: подсветкой или подкрашиванием.

Рисунок 2.3 Подсветка и подкрашивание бесцветных тел

Если предмет вращается в горизонтальной плоскости, то его метят вертикальными отметками на видимой стороне, или ставят на него вешки.

Явления, которые происходят в горизонтальной плоскости, демонстрируются ученикам с помощью наклонных зеркал.

Рисунок 2.4 Демонстрация с помощью зеркал

Если ни одно из перечисленных средств не дает результата, то нужно пользоваться теневым проектированием на экран, или использовать телевизионную камеру.

Рисунок 2.5 Теневое проектирование опыта



3.Физические эффекты и явления на современной сцене

3.1 Физические эффекты и явления, используемые на современной сцене

На сегодняшнее время всё больше и больше эффектом и явлений физики используются в повседневной жизни. Для нас это стало повседневностью и мы на это перестаём обращать внимание. Физика была всегда вокруг нас, а сейчас люди начали её использовать для улучшения качества работы и каких-то представлений, в том числе и на современной сцене. Стоит дать чёткое понятие ученикам, что физические явления и выполнение некоторых законов можно наблюдать не только на уроках физики и таких мест очень много. К таким местам можно отнести кинотеатры так как фильм, который мы смотрим проецируется на экран по законам геометрической оптики, представления в театрах, выступления звёзд эстрады, а также ставшие модными в последнее время лазерные и световые шоу.

На представлении в театре можно наблюдать частую смену декорации, данное явление происходит по системе сообщающихся блоков, которые управляются одним валом

Блок -- простое механическое устройство, позволяющее регулировать силу, ось которого закреплена при подъеме грузов, не поднимается и не опускается. Представляет собой колесо с желобом по окружности, вращающееся вокруг своей оси. Жёлоб предназначен для каната, цепи, ремня и т. п. Ось блока помещается в обоймах, прикреплённых на балке или стене, такой блок называется неподвижным (то есть ось блока закреплена); если же к этим обоймам прикрепляется груз, и блок вместе с ними может двигаться, то такой блок называется подвижным.

Рисунок 3.1 Пример блока для смены декораций

Неподвижный блок употребляется для подъёма небольших грузов или для изменения направления силы.

Условие равновесия блока:

, где

-- прилагаемое внешнее усилие, -- масса груза, -- ускорение свободного падения, -- коэффициент сопротивления в блоке (для цепей примерно 1,05, а для верёвок -- 1,1).

При отсутствии трения для подъема нужна сила, равная весу груза.

Подвижный блок имеет свободную ось и предназначен для изменения величины прилагаемых усилий. Если концы веревки, обхватывающей блок, составляют с горизонтом равные между собой углы, то действующая на груз сила относится к его весу, как радиус блока к хорде дуги, обхваченной канатом; отсюда, если веревки параллельны (то есть когда дуга, обхватываемая веревкой, равна полуокружности), то для подъёма груза потребуется сила вдвое меньше, чем вес груза, то есть:

При этом груз пройдёт расстояние, вдвое меньшее пройденного точкой приложения силы F, соответственно, выигрыш в силе подвижного блока равен 2.

Фактически, любой блок представляет собой рычаг, в случае неподвижного блока -- равноплечий, в случае подвижного -- с соотношением плеч 1 к 2. Как и для всякого другого рычага, для блока справедливо правило: Во сколько раз выигрываем в усилии, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Иными словами, работа, совершаемая при перемещении груза на какое-либо расстояние без использования блока, равна работе, затрачиваемой при перемещении груза на то же самое расстояние с применением блока при условии отсутствия трения. В реальном блоке всегда присутствуют некоторые потери.

Также используется система, состоящая из комбинации нескольких подвижных и неподвижных блоков. Такая система называется полиспаст. Простейшая такая система изображена на рисунке и даёт выигрыш в силе в 2 раза[12].

В отличие от шкива, блок вращается на оси свободно и обеспечивает исключительно изменение направления движения ремня или каната, не передавая усилия с оси на ремень или с ремня на ось.

Также можно отметить акустические свойства театров. Для того чтобы создать в оперном театре необходимую атмосферу, позволить звуку разливаться по всему залу, необходимо не только наличие очень сильного голоса у певца, но также и хорошее акустическое оснащение зала. Можно сказать одно, оперные театры и их строение, а именно расположение сцены и прочие детали, уходят своими корнями в самое далекое прошлое. А именно, к временам, когда греческие и вместе с ними римские амфитеатры были на высоте и пользовались особым спросом у населения.

По своему строению зал представлял собой нечто похожее на небольшую чашу. Так как многие здания, которые окружали театр, были сделаны из камня, то звук отражался от них и поэтому гармонично разливался по всему залу.

Позже, появилась новая тенденция, строить театры не открытыми, как это было, а делать их закрытыми. Данная практика возведения берет свое начало в Италии. В целом же ничего в структуре зала, как и всего строения не изменилось. Единственным изменением было то, что театр теперь был покрыт крышей. Все эти нормы выдерживались лишь с одной целью, сделать таким же качественным акустическое оснащение театра, как это было и прежде.

При соблюдении всех параметров, необходимых для того, чтобы опера звучала качественно в театре, иногда возникают спорные моменты. Случается так, что то, что для определенной части будет очень хорошо, для других частей может быть вообще неприемлемо. Главным моментом оперы является необходимость понять то, о чем поет оперный певец. Вообще в театре есть необходимость для лучшего восприятия спектакля зрителями делать расстояние между сценой и ими как можно меньше, во время же оперных выступлений это не является самым главным критерием.

Поскольку певцы оперного театра в большинстве своем всегда обладают очень сильным голосом, то слушать и наслаждаться их пением можно и сидя не на первом ряду.

Ещё стоит отметить, как говорилось ранние, то, что мы наблюдаем в кинотеатрах, а то есть проецирование фильма на большой экран.[13]

Устройство и принцип действия кинопроектора

Кинопроектор осуществляет проекцию движущегося изображения на экран при помощи последовательной проекции неподвижных кадров, отснятых на киноплёнке или отпечатанных на фильмокопии. Для этого перфорированная киноплёнка прерывисто передвигается в фильмовом канале мимо кадрового окна при помощи скачкового механизма. Стандартная частота кинопроекции звукового фильма -- 24 кадра в секунду.

Рисунок 3.2 Устройство кинопроектора

Для предотвращения смазывания изображения на экране в момент передвижения плёнки в фильмовом канале применяется обтюратор, перекрывающий световой поток от осветительной системы. Все звуковые кинопроекторы оснащаются двухлопастным обтюратором, одна из лопастей которого -- холостая. Она необходима для увеличения частоты мерцания изображения на экране до 48 герц, превышающей порог человеческого восприятия. В немом кинематографе стандартная частота проекции составляла 16 кадров в секунду, поэтому обтюраторы немых проекторов -- трёхлопастные, с двумя холостыми лопастями

В отличие от фильмового канала, в остальных частях лентопротяжного тракта киноплёнка движется непрерывно, и для предотвращения её обрыва перед фильмовым каналом и после него киноплёнка делает петли у тянущего и задерживающего барабанов. Тянущий барабан сматывает киноплёнку с подающей бобины, после чего она попадает в фильмовый канал, где прерывисто передвигается скачковым механизмом. После фильмового канала, делая петлю, плёнка попадает на задерживающий барабан и с него -- в звукочитающую систему на гладкий барабан, сглаживающий колебания скорости кинопленки. После звукочитающей системы фильм попадает на приёмную бобину, которая для равномерной намотки киноплёнки оснащена фрикционом.

Осветительно-проекционная система

Осветительно-проекционная система кинопроектора состоит из проекционного объектива, источника света и оптических элементов: конденсора, отражателя, контротражателя и теплофильтра. В качестве источника света в кинопроекторах используются лампы накаливания или ксеноновые лампы сверхвысокого давления. До распространения ксеноновых ламп в профессиональных проекторах использовалась угольная дуга интенсивного горения -- вид газоразрядного источника света, при котором разряд происходит просто в воздухе между двумя угольными электродами. При этом происходит довольно быстрое обгорание электродов, и кинопроектор должен был содержать механическое устройство, регулирующее расстояние между электродами во время работы.

Рисунок 3.3 Осветительно-проекционная система

Главные задачи осветительной системы заключаются в создании максимальных светового потока и равномерности освещённости экрана, а также спектрального состава излучения, близкого к дневному свету. От мощности осветительной системы зависит максимальный размер экрана кинозала и яркость изображения, видимая зрителями, поэтому световой поток кинопроектора считается одной из важнейших характеристик. В зависимости от источника света применяются три основных типа осветительных систем: конденсорная с отражателем (с лампами накаливания), без конденсора с одним отражателем (с угольной дугой) и с эллипсоидным отражателем и сферическим контротражателем для ксеноновых ламп. В кинопроекторах с мощным источником света в осветительной системе применяется интерференционный теплофильтр, отводящий от киноплёнки значительную часть теплового инфракрасного излучения, уменьшая её нагрев. Первые кинофильмы печатались на киноплёнке с основой из нитроцеллюлозы, обладающей высокой износостойкостью. Но в то же время, такая киноплёнка была чрезвычайно горюча и даже взрывоопасна. Поэтому кинопроекторы первой половины XX века оснащались сложной противопожарной системой. Бобины с фильмом закрывались в огнеупорные противопожарные боксы, как и весь лентопротяжный тракт герметичной конструкции. Осветительная система оснащалась автоматической противопожарной заслонкой, падающей перед кадровым окном при случайной остановке или обрыве. В1940-х годах большинство стран отказались от кинопленки из нитроцеллюлозы, заменив её триацетатной. Последняя обладала более низкой износоустойчивостью, но относительно безопасна в пожарной отношении. Это упростило лентопротяжный тракт кинопроекторов, но противопожарная заслонка осталась в их конструкции до последнего времени. Например, самый массовый советский кинопроектор 23КПК, рассчитанный на показ обычных и широкоэкранных фильмокопий, оснащался автоматической противопожарной заслонкой АЗП-4, падающей между ксеноновой лампой и обтюратором в случае останова, обрыва плёнки или отключения электроэнергии.

Мощный световой поток, направляемый осветительной системой в кадровое окно, позволяет проекционному объективу строить на экране сильно увеличенное изображение высокой яркости. Объективы, применяемые в кинопроекторах, принципиально не отличается от используемых в других типах проекционных устройств. В стационарных кинопроекторах используются сменные объективы, часто устанавливаемые в поворотной турели. Для демонстрации анаморфированных фильмов применяются анаморфотные насадки, устанавливаемые перед объективом. Насадки могут быть как линзовыми, так и с использованием цилиндрических зеркал.

Однако это только одни из самых заметных явлений на сцене. Также используются световые эффекты в освещении сцены, задымление. В последнее время всё чаще используется диодная подсветка костюмов для создания или выражения определенных моментов или элементов танца, чаще всего это используется в мюзиклах и танцевальных программах. Не стоит также забывать о набравших популярность световых и лазерных шоу.

Практически любому физическому явлению можно найти применение на сцене. Поэтому на этих данных можно построить уроки внеклассных занятий по физике в виде экскурсии в театр, кинотеатр или какое-нибудь другое представление для учеников различных классов с дальнейшим их опросом. Что из увиденного может относится к физике? Почему?

3.2 Создание аксессуара для сцены на основе катушки Тесла

Как уже говорилось выше любому элементу физики можно найти применение на сцене. Взяв за основу катушку Тесла, мной была поставлена задача, создать посох мага по принципе её работы. Для более эффективного образа на выступления в фестивале Хиган - 2015.

Рисунок 3.4 Маг Тауматург (Чудотворец). Final Fantasy XIV

Принцип работы катушки Тесла

Катушка Тесла представляет собой высокочастотный резонансный трансформатор без ферромагнитного сердечника, с помощью которого можно получить высокое напряжение на вторичной обмотке. Под действием высокого напряжения в воздухе происходит электрический пробой, подобно разряду молнии. Устройство изобретено Николой Теслой, и носит его имя.

Сама катушка представляет собой конструкцию из двух обмоток и тора. Вторичная обмотка цилиндрическая, наматывается на диэлектрической трубе медным обмоточным проводом, в один слой виток к витку, и имеет обычно 500-1500 витков. Оптимальное соотношение диаметра и длины обмотки равно 1:3,5 - 1:6. Для увеличения электрической и механической прочности, обмотку покрывают эпоксидным клеем или полиуретановым лаком. Обычно размеры вторичной обмотки определяют исходя из мощности источника питания, то есть высоковольтного трансформатора. Определив диаметр обмотки, из оптимального соотношения находят длину.

Рисунок 3.5 Пример электрической цепи катушки Тесла

Далее подбирают диаметр обмоточного провода, так чтобы количество витков примерно равнялось общепринятому значению. В качестве диэлектрической трубы обычно применяют канализационные пластиковые трубы, но можно изготовить и самодельную трубу, при помощи листов чертежного ватмана и эпоксидного клея. Здесь и далее речь идет о средних катушках, мощностью от 1 кВт и диаметром вторичной обмотки от 10 см.

На верхний конец трубы вторичной обмотки устанавливают полый проводящий тор, обычно выполненный из алюминиевой гофрированной трубы для отвода горячих газов. В основном диаметр трубы подбирают равным диаметру вторичной обмотки. Диаметр тора обычно составляет 0,5-0,9 от длины вторичной обмотки. Тор имеет электрическую емкость, которая определяется его геометрическими размерами, и выступает в роли конденсатора.

Первичная обмотка располагается у нижнего основания вторичной обмотки, и имеет спиральную плоскую или коническую форму. Обычно состоит из 5-20 витков толстого медного или алюминиевого провода. В обмотке протекают высокочастотные токи, вследствие чего скин-эффект может иметь значительное влияние. Из-за высокой частоты ток распределяется преимущественно в поверхностном слое проводника, тем самым уменьшается эффективная площадь поперечного сечения проводника, что приводит к увеличению активного сопротивления и уменьшению амплитуды электромагнитных колебаний. Поэтому лучшим вариантом для изготовления первичной обмотки будет полая медная трубка, или плоская широкая лента. Над первичной обмоткой по внешнему диаметру иногда устанавливают незамкнутое защитное кольцо (Strike Ring) из того же проводника, и заземляют. Кольцо предназначено для предотвращения попадания разрядов в первичную обмотку. Разрыв необходим для исключения протекания тока по кольцу, иначе магнитное поле, созданное индукционным током, будет ослаблять магнитное поле первичной и вторичной обмотки. От защитного кольца можно отказаться, если заземлить один конец первичной обмотки, при этом попадание разряда не причинит вреда компонентам катушки.[14]