Статья «Демонстрационные опыты и лабораторные работы как средство развития мышления в процессе обучения физики»

ДЕМОНСТРАЦИОННЫЕ ОПЫТЫ И ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ КАК СРЕДСТВО РАЗВИТИЯ МЫШЛЕНИЯ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКИ.

Физика занимает одно из важных мест среди дисциплин в школе. Как учебный предмет она создает у учащихся представление о научной картине мира.

Среди многих методов, которыми пользуется современная наука, особое значение имеет эксперимент, ставший в руках ученых наиболее действенным способом познания.

Демонстрационные опыты формируют накопленные ранее предварительные представления, которые к началу изучения физики далеко не у всех учащихся бывают одинаковыми и безупречными. На протяжении всего курса физики эти опыты пополняют и расширяют кругозор учащихся. Они зарождают правильные начальные представления о новых физических явлениях и процессах, раскрывают закономерности, знакомят с методами исследования, показывают устройство и действие некоторых новых приборов и установок, иллюстрируют технические применения физических законов. Кроме того, демонстрационный эксперимент служит источником знаний, доказательством справедливости различных теоретических положений, способствует выработке убежденности, развивает умения и навыки учащихся.

Лабораторные занятия позволяют решить следующие задачи: учат применять знания на практике; служат средством политехнического обучения; формируют необходимые в жизни и труде практические навыки и умения; содействуют профориентации учащихся; вырабатывают такие качества личности, как трудолюбие, настойчивость, целеустремленность и др.

Учебный физический эксперимент в виде демонстрационных опытов и лабораторных работ является неотъемлемой, органичес­кой частью курса физики средней школы. Удачное сочетание тео­ретического материала и эксперимента дает, как показывает прак­тика, наилучший педагогический результат.

Какие же методические задачи решаются с помощью учебного физического эксперимента?

Демонстрационные опыты, как известно, формируют накоп­ленные ранее предварительные представления, которые к началу изучения физики далеко не у всех учащихся бывают одинаковыми и безупречными. На протяжении всего курса физики эти опыты пополняют и расширяют кругозор учащихся. Они зарождают пра­вильные начальные представления о новых физических явлениях и процессах, раскрывают закономерности, знакомят с методами исследования, показывают устройство и действие некоторых но­вых приборов и установок, иллюстрируют технические применения физических законов. Все это конкретизирует, делает более понят­ными и убедительными рассуждения учителя при изложении но­вого материала, возбуждает и поддерживает интерес к предмету.

Лабораторные работы — фронтальные и в виде практикумов — дают возможность усовершенствовать, развить и углубить полу­ченные ранее первоначальные представления. Кроме того, лабо­раторные работы развивают умения и навыки в обращении с ап­паратурой, вырабатывают элементы самостоятельности при реше­нии вопросов, связанных с экспериментом.

При подготовке демонстрационных опытов полезно помнить, что за различными уравнениями и вычислениями учащиеся могут упустить из вида природу тех явлений, которые описываются эти­ми уравнениями. Надо укреплять в сознании учащихся, что источ­ником познания служит эксперимент, и помогать выработке мате­риалистического представления о физике как науке о реальной природе.

Хорошо известно, что процессы в природе протекают весьма сложно: все явления связаны между собой в один общий, много­образный поток и нет отдельных явлений в «чистом виде», как показывается в классе на уроках. Однако это не может служить отрицанием демонстрационных опытов — средства полезного и даже необходимого для обучения, а только заставляет предъявлять большие требования к учебному эксперименту.

На экспериментальном уровне идет процесс накопления фак­тов, информации об исследуемых явлениях, проводятся наблюде­ния, измерения, сравнения, ставятся эксперименты, формируются и вводятся в научный обиход понятия, производится первичная систематизация знаний и формулируются экспериментальные законы.

На теоретическом уровне достигается высший синтез знаний в форме научной теории. Основоположник отечественной науки М. В. Ломоносов отмечал: «Опыт ценнее тысячи мнений, рожден­ных воображением», а академик Л. Д. Ландау говорил: «Опыт — верховный судья теории».

Под экспериментом понимают научно поставленный опыт, т. е. наблюдение исследуемого явления в учитываемых условиях, позволяющих следить за его ходом и воссоздавать его каждый раз при повторении тех же условий.

Экспериментальный метод дает возможность установить при­чинно-следственные связи между явлениями, а также между ве­личинами, характеризующими свойства тел и явлений. Он дает возможность выяснить' кинетику, динамику процессов и их энер­гетическую сущность.

Академик С. И. Вавилов указывал на двойную роль экспери­мента: 1) эксперимент доказывает или отвергает какие-либо тео­ретические положения; 2) эксперимент может стать предпосылкой новой теории или гипотезы, которая должна быть подтверждена новыми экспериментами. Обе стороны эксперимента неразрывно связаны. «Ответ, даваемый опытом,— подчеркивал он,— иногда может быть неожиданным, и тогда опыт становится первоисточ­ником новой теории.

Элементами экспериментального метода исследования в на­учном познании являются наблюдение, сравнение, измерение и собственно сам эксперимент.

Как метод исследования эксперимент имеет свои сильные и слабые стороны. Сильная сторона эксперимента заключается в том, что он позволяет получать явление в «чистом виде», исклю­чать влияние на изучаемое явление побочных факторов, изучать его в разных условиях, останавливать исследуемый процесс на любой стадии и повторять любое число раз, изучать предмет с большой тщательностью, расчленять его на отдельные части и выделять интересующие нас стороны.

Этим достигается глубина исследования сущности явлений и законов природы, повышается доказательность выводов, которые могут быть сделаны на основе эксперимента.

Эксперимент составляет важную сторону практики. С его помощью наука в состоянии не только объяснить явления ма­териального мира, но и непосредственно овладеть ими. Поэтому эксперимент является одним из главных средств связи науки с производством. Эксперимент является средством исследования и изобретения новых приборов, машин, материалов и процессов в промышленной технике. Он является важнейшим средством про­верки годности технических проектов и усовершенствования тех­нологических процессов.

Для современного специалиста любой отрасли народного хо­зяйства и естественнонаучных дисциплин важное значение имеет владение методикой эксперимента. Эксперимент является крите­рием всех теоретических построений. Без экспериментального подтверждения ни одна теория не может долго существовать. Широкое применение эксперимента в школьном преподавании способствует формированию у учащихся правильного понятия об особенностях эксперимента как о методе научного исследования.

Содержанием учебного эксперимента являются: а) изучение явлений, особенностей их протекания в определенных условиях; б) изучение причинно-следственных связей между явлениями и функциональной зависимости между величинами, характеризую­щими явления и свойства тел; в) изучение и сравнение свойств ве­щества в различных состояниях и свойств физических полей; г) иллюстрация законов, сформулированные на основе опытов или в результате логических умозаключений, опирающихся на общетеоретические положения или метод индукций; д) определение констант; е) изучение и испытание приборов.

Содержание опытов должно с полной ясностью доводиться до понимания каждого из присут­ствующих на уроке. Это заставляет предъявлять к таким опытам своеобразные методические и технические требования, которые в основном сводятся к следующему.

Следует позаботиться о наглядности и вырази­тельности опытов, чтобы каждый ученик непременно за­метил демонстрируемое явление. Для этого следует собирать по возможности наиболее простые установки, в которых четко, как бы само собой, выделялись основные части. Надо применять яркую, контрастную раскраску деталей приборов, выбирать для каждого случая наиболее подходящие индикаторы, стремиться к получению максимальной интенсивности демонстрируемых явлений.

Опыты должны быть всегда убедительными, не вызы­вать каких-либо сомнений в их справедливости и не давать повода к неправильному толкованию. Поэтому все побочные явления, сопровождающие основное, должны быть сведены к минимуму, сде­ланы незаметными и не отвлекающими внимания от главного. Если такие условия по тем или иным причинам создать невозмож­но, то подготавливают дополнительный опыт, показывающий не­значительное влияние побочного явления на результаты основного опыта.

Каждый опыт, показываемый в классе, должен быть надежным, т. е. тщательно подготовленным, неоднократно испытанным, обеспечивающим удачу. Неудавшаяся демонстрация нарушает ход урока, всегда вызывает разочарование и даже может зародить недоверие к учителю.

Демонстрации должны производить действие не только на ум­ственное восприятие, но и на воображение учащихся, возбуждать у них интерес, чтобы можно было по ходу урока быстро мо­билизовать общее внимание класса на некоторые небольшие про­межутки времени. Поэтому надо показывать опыты эмоционально.

Как правило, демонстрационные опыты должны отличаться кратковременностью, чтобы не затягивать урока. Учителю необходимо обращать внимание на темп выполнения опытов: он всегда должен соответствовать темпу восприятия уча­щимися демонстрируемого материала. В случае необходимости опыт можно повторить несколько раз, например: когда надо устранить предположение о случайности показанного явления (определение ускорения при свободном падении) или когда не все учащиеся успе­вают увидеть необходимые детали (опыт с трубкой Ньютона).

Каждый из показываемых опытов должен быть содержа­тельным, хорошо и изящно оформленным. При подготовке и проведении опытов надо стремиться к ми­нимальной затрате средств и энергии при максимальной методи­ческой ценности эксперимента и обязательно соблюдать общеиз­вестные, описанные в литературе, правила по технике без­опасности.

Нельзя перегружать урок большим числом демонстраций и создавать впечатление калейдоскопичности.

Во время изложения учебного материала подготовленными для эксперимента установками можно воспользоваться различно: сна­чала показывать опыты, а потом переходить к их объяснению или, наоборот, перед опытом проводить относящиеся к нему объяснения. В большинстве случаев первый способ оказывается лучшим. Он позволяет от наблюдения за опытом (или несколькими связанными между собой опытами) подвести учащихся сначала к некоторым самостоятельным несложным выводам, а затем и к более широким теоретическим обобщениям. Однако в некоторых отдельных слу­чаях, когда, например, установка для опыта сложна, второй способ оказывается целесообразнее: установка или сложный прибор объ­ясняют по частям, а затем они приводятся в действие (измерение скорости движения; изменение веса тела при равнопеременном дви­жении и др.).

Наилучшим в методическом отношении является такое решение, когда объяснения проводятся параллельно с экспериментом.

Объяснения и эксперимент логически сливаются в общий нераз­рывный процесс в виде увлекательной и убедительной беседы учи­теля с учащимися.

Научному эксперименту, как правило, предшествует гипотеза, с помощью которой определяется, что должно произойти при определенных действиях, и на этой основе моделируется содер­жание (ход) эксперимента и его цель. Когда содержание экспе­римента определено, разрабатывается способ (методика) его осуществления. Все это, по существу, составляет проектирование эксперимен­та, т. е. первый этап на пути к его осуществлению.

Задача вто­рого этапа заключается в создании материально-технических ус­ловий, необходимых для непосредственного осуществления экспе­римента (приборы, установки, помещение и т. д.). И только те­перь, после «наладки» оборудования, может быть поставлен соб­ственно сам эксперимент.

Завершающей частью эксперимента является теоретическим ана­лиз и математическая обработка результатов измерений. Конеч­ную цель эксперимента представляют ВЫВОДЫ, которые форму­лируются в результате этой обработки.

Формирование у учащихся обобщенного умения самостоятель­но ставить опыты так же, как и умения наблюдать, может быть обеспечено при условии согласованной, целенаправленной дея­тельности учителей различных предметов. Необходимо формиро­вать у учеников умения выполнять отдельные действия и опера­ции, из которых слагается эксперимент, и раскрывать структуру эксперимента как метода научного познания, роль каждой опе­рации в этой деятельности.

Знания структуры эксперимента и методики формирования об­общенных экспериментальных умений позволят учителям, препо­дающим естественнонаучные дисциплины, перейти от методики ознакомления учащихся со структурой отдельной лабораторной работы и составления плана для нее к методике, которая преду­сматривает раскрытие общности структуры всех эксперименталь­ных работ.

Технология формирования обобщенных экспериментальных умений

Ориентировочно-мотивационный этап

I. Создание проблемной ситуации и введение в нее учащихся.

II. Осознание проблемы и ее выражение в виде учебной задачи вербально, формулировка цели.

III. Оценка своих возможностей (знаний, умений и т.д.) и планирование деятельности по решению проблемы.

1. Формулировка и обоснование гипотезы, которую можно положить в основу эксперимента.

2. Планирование эксперимента, включающего ответ на вопросы:

а) какие наблюдения провести;

б) какие величины измерить;

в) приборы и материалы, необходимые для проведения опытов;

г) ход опытов и последовательность их выполнения;

д) выбор формы записи результатов эксперимента;

е) выявление условий, необходимых для достижения поставленной цели эксперимента.

Исполнительно-операционный этап

IV. Решение учебной задачи через выделение необходимых знаний, навыков и умений, способа деятельности, итогом решения являются новое знание, способ деятельности:

1. Отбор необходимых приборов и материалов.

2. Сбор установки, электрической цепи. Создание необходимых условий для выполнения опытов.

3. Проведение наблюдений.

4. Выполнение измерений.

5. Фиксирование (кодирование) результатов измерений и наблюдений и запись их результатов.

6. Математическая обработка результатов измерений.

Рефлексивно-оценочный этап

V. Контроль, переходящий в самоконтроль.

1. Анализ результатов эксперимента.

2. Формулировка выводов (в словесной, знаковой или графической форме).

VI. Коррекция (при необходимости).

VII. Оценка, переходящая в самооценку.

Последовательность операций а) – е) в планировании эксперимента может быть изменена для конкретной лабораторной работы с целью выстраивания логических рассуждений.

VIII. Применение нового знания, способа деятельности к решению исходной учебной задачи, а также новых учебных задач на уровнях знакомых, измененных и новых условий

Библиографический список

Годжаев Н.М. Оптика. М.: Высшая школа, 1977.

Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы, т.2/ Под ред. А.А.Покровского.- М.:Просвещение, 1978.

Суровикина С.А. Теория деятельностного развития естественно­на­учного мышления учащихся в процессе обучения физике: Теоретический и практический аспекты: монография. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2006.

Усова А.В., Бобров А.А. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988.