Формирование исследовательских умений по физике при выполнении фронтальных лабораторных работ в основной школе

Формирование исследовательских умений по физике при выполнении фронтальных лабораторных работ в основной школе

Пеньшина Галина Николаевна, учитель физики МАОУ «СОШ №10»

Исследовательские умения

• - умения видеть проблемы, задавать вопросы, давать определения понятиям;
• - выдвигать различные гипотезы, классифицировать, проводить эксперименты и наблюдения;
• - делать умозаключения и выводы, работать с
• текстом, структурировать материал, защищать и доказывать свои идеи

Планируемые результаты обучения

• пользоваться методами научного исследования явлений природы,

• проводить наблюдения,

• планировать и выполнять эксперименты,

• обрабатывать результаты измерений,

• представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и формул,

Планируемые результаты обучения

• объяснять полученные результаты и делать выводы,

• оценивать погрешности результатов измерений
• описывать и объяснять физические явления,

• использовать физические приборы и измерительные инструменты для измерения физических величин

Государственная итоговая аттестация по образовательным программам основного общего образования в форме основного государственного экзамена (ОГЭ)

• Методологические умения
• (проведение измерений и опытов)

Анализировать отдельные этапы проведения исследования на основе его

описания: делать выводы на основе описания исследования, интерпретировать результаты наблюдений и опытов

Проводить косвенные измерения физических величин, исследование

зависимостей между величинами, проверку закономерностей (экспериментальное задание на реальном оборудовании)

1) умение проводить косвенные измерения физических величин : плотности

вещества; силы Архимеда; коэффициента трения скольжения; жёсткости

пружины; момента силы, действующего на рычаг; работы силы упругости

при подъёме груза с помощью подвижного или неподвижного блока; работы

силы трения; оптической силы и фокусного расстояния собирающей линзы;

электрического сопротивления резистора; работы и мощности тока;

2) умение представлять экспериментальные результаты в виде таблиц,

графиков или схематических рисунков и делать выводы на основании

полученных экспериментальных данных : о зависимости силы упругости,

возникающей в пружине, от степени деформации пружины; о зависимости

силы тока, возникающей в проводнике, от напряжения на концах

проводника; о зависимости силы трения скольжения от силы нормального

давления; о свойствах изображения, полученного с помощью собирающей

линзы;

3) умение проводить экспериментальную проверку физических законов и

следствий : проверка правила для электрического напряжения при

последовательном соединении резисторов, проверка правила для силы

электрического тока при параллельном соединении резисторов.

http://fipi.ru / «Федеральный институт педагогических измерений»

Система лабораторных работ

Фронтальные лабораторные работы

Дополнительные и домашние лабораторные работы

Экспериментальные задания

Классификация лабораторных работ

изучение нового материала

освоение методов познания

наблюдение, описание и объяснение физических явлений

измерение физических величин

исследование физических явлений

Изучение нового материала

Освоение методов познания

Наблюдение, описание и объяснение физических явлений

Измерение физических величин

Исследование физических явлений

• систематизация необходимых сведений об изучаемом объекте исследования
• систематизация необходимых сведений об изучаемом объекте исследования

• выполнение исследования
• выполнение исследования

• формулировка выводов по результатам исследования и выполнение дополнительных заданий
• формулировка выводов по результатам исследования и выполнение дополнительных заданий

Фронтальные лабораторные работы

Подготовительный

Основной

Заключительный

13

Фронтальные лабораторные работы

• систематизация необходимых сведений об изучаемом объекте исследования
• систематизация необходимых сведений об изучаемом объекте исследования

Подготовительный

Объект исследования

Вопросы и задания

Фронтальные лабораторные работы

• выполнение исследования
• выполнение исследования

Основной

Цель исследования

Средства измерения и материалы

Гипотеза исследования

Порядок выполнения исследования

• формулировка выводов по результатам исследования и выполнение дополнительных заданий
• формулировка выводов по результатам исследования и выполнение дополнительных заданий

Фронтальные лабораторные работы

Заключительный

Вывод о подтверждении или опровержении гипотезы исследования

Дополнительные задания

1 вариант

• оценка результатов измерений
• оценка результатов измерений

2 вариант

• определение интервала, в пределах которого находится истинное значение измеряемой физической величины
• определение интервала, в пределах которого находится истинное значение измеряемой физической величины

Варианты выполнения фронтальных лабораторных работ

17

1. Изучение абсолютной погрешности измерений на примере измерения длины тела

• Объект исследования: измерение физических величин.
• Цель работы : научиться определять абсолютную инструментальную погрешность и абсолютную погрешность отсчёта.
• Средства измерения и материалы : линейки ученическая, стальная и демонстрационная
• (или измерительная лента), деревянный брусок.

1. Изучение абсолютной погрешности измерений на примере измерения длины тела

Физическая величина - А

Измеренное значение физической величины - А изм

Абсолютная погрешность - ∆ А

Абсолютная инструментальная погрешность - ∆ и А

Абсолютная погрешность отсчёта - ∆о А

1. Изучение абсолютной погрешности измерений на примере измерения длины тела

Максимальная абсолютная погрешность прямого измерения :

∆ А = ∆и А + ∆о А

1. Изучение абсолютной погрешности измерений на примере измерения длины тела

1. Изучение абсолютной погрешности измерений на примере измерения длины тела

1. Нижний предел измерения линейки — 0, верхний — 8 см;

2. Цена деления линейки — 1 мм.

3. Измеренное значение длины карандаша — А изм = 75мм.

4. Абсолютная инструментальная погрешность линейки ∆ и А = ±1 мм и абсолютная погрешность отсчёта ∆о А = ±0,5 мм.

5. Максимальная абсолютная погрешность прямого измерения:

∆ А = ∆ и А + ∆о А = ±1,5 мм или ∆А = ±2 мм

Длина карандаша: А= (75 ± 2) мм

1. Изучение абсолютной погрешности измерений на примере измерения длины тела

Вопросы и задания

• 1. Какие существуют виды измерений физических величин? В чём их особенности? 2. Из чего складывается абсолютная погрешность прямого измерения? 3. Чем определяется абсолютная инструментальная погрешность? 4. Чему равна в большинстве случаев абсолютная погрешность отсчёта при измерении физических величин?
• 1. Какие существуют виды измерений физических величин? В чём их особенности?
• 2. Из чего складывается абсолютная погрешность прямого измерения?
• 3. Чем определяется абсолютная инструментальная погрешность?
• 4. Чему равна в большинстве случаев абсолютная погрешность отсчёта при измерении физических величин?

1. Изучение абсолютной погрешности измерений на примере измерения длины тела

1. Изучение абсолютной погрешности измерений на примере измерения длины тела

1. Изучение абсолютной погрешности измерений на примере измерения длины тела

2. Изучение относительной погрешности измерения на примере измерения размеров тела

• Объект исследования: измерение физических величин. Цель работы:

• определить относительную погрешность измерения;
• измерить длину тел с учётом погрешностей измерения.

• Средства измерения и материалы: линейка с миллиметровыми делениями, металлическая пластинка.

2. Изучение относительной погрешности измерения на примере измерения размеров тела

Физическая величина - А

Измеренное значение физической величины - А изм

Абсолютная погрешность - ∆ А

Относительная погрешность - 𝜺

2. Изучение относительной погрешности измерения на примере измерения размеров тела

Относительная погрешность :

2. Изучение относительной погрешности измерения на примере измерения размеров тела

• Нижний предел измерительного цилиндра — 0,

верхний — 250 мл.

2. Цена деления измерительного цилиндра — 5 мл.

3. Измеренное значение объёма воды — V изм = 80 мл.

4. Абсолютная инструментальная погрешность измерительного цилиндра ∆ и V = ±1 мл

и абсолютная погрешность отсчёта ∆о V = ±0,5 мл.

5. Максимальная абсолютная погрешность прямого измерения:

∆ V = ∆ и V + ∆о V = ±1,5 мл или ∆ V = ±2 мл

Объём воды: V = (80± 2) мл

2. Изучение относительной погрешности измерения на примере измерения размеров тела

Вопросы и задания

• 1. Почему для измерения физической величины с учётом её абсолютной погрешности измерения необходимо найти цену деления прибора? 2. Что характеризует относительная погрешность измерения? 3. Как найти абсолютную погрешность измерения, если известны относительная погрешность ε и измеренное значение А изм физической величины?
• 1. Почему для измерения физической величины с учётом её абсолютной погрешности измерения необходимо найти цену деления прибора?
• 2. Что характеризует относительная погрешность измерения?
• 3. Как найти абсолютную погрешность измерения, если известны относительная погрешность ε и измеренное значение А изм физической величины?

2. Изучение относительной погрешности измерения на примере измерения размеров тела

2. Изучение относительной погрешности измерения на примере измерения размеров тела

2. Изучение относительной погрешности измерения на примере измерения размеров тела

3. Измерение массы тела на рычажных весах

• Объект исследования:
• метод измерения массы тела на рычажных весах.

• Весы учебные имеют предел измерения 200 г, абсолютную инструментальную погрешность Δ и А = ±0,01 г.

• Если m изм = 50 г, то результат измерения массы тела с помощью ученических весов, т. е. прямого измерения, составит:
• m = (50 ± 0,01) г.

32

3. Измерение массы тела на рычажных весах

• Цель исследования:

• научиться пользоваться рычажными весами;
• определить массу тела с их помощью с учётом погрешности измерения.

• Средства измерения и материалы: весы, разновес, взвешиваемые тела разной массы.

3. Измерение массы тела на рычажных весах

Правила взвешивания на рычажных весах

Измеренное значение физической величины - m изм

Абсолютная инструментальная погрешность

Относительная погрешность - 𝜺

Δ и m = ±0,01 г

3. Измерение массы тела на рычажных весах

Вопросы и задания

• 1. В каких пределах можно измерять массу тел на учебных рычажных весах? 2. Чему равны абсолютная инструментальная погрешность и максимальная абсолютная погрешность измерения учебных весов? 3. Запишите основные правила взвешивания на рычажных весах. 4. Пусть измеренная масса тела равна 100 г. Запишите результат этого измерения с учётом абсолютной погрешности. 5. Чему равна относительная погрешность измерения на рычажных весах массы тела, равной 100 г?
• 1. В каких пределах можно измерять массу тел на учебных рычажных весах?
• 2. Чему равны абсолютная инструментальная погрешность и максимальная абсолютная погрешность измерения учебных весов?
• 3. Запишите основные правила взвешивания на рычажных весах.
• 4. Пусть измеренная масса тела равна 100 г. Запишите результат этого измерения с учётом абсолютной погрешности.
• 5. Чему равна относительная погрешность измерения на рычажных весах массы тела, равной 100 г?

3. Измерение массы тела на рычажных весах

3. Измерение массы тела на рычажных весах

3. Измерение массы тела на рычажных весах

4. Измерение объёма твёрдого тела

• Объект исследования:
• измерение объема твердого тела.

39

4. Измерение объёма твёрдого тела

• Цель исследования:

• измерить с помощью измерительного цилиндра (или мензурки) объём тела;
• определить абсолютную погрешность измерения.

• Средства измерения и материалы: и змерительный цилиндр с водой, твердое тело (например, металлический цилиндр).

4. Измерение объёма твёрдого тела

Правило измерения объёма твёрдого тела с помощью измерительного цилиндра

Измеренное значение физической величины - V изм

Абсолютная инструментальная погрешность

Δ и V = ±2мл

Относительная погрешность - 𝜺

4. Измерение объёма твёрдого тела

Вопросы и задания

• 1. С помощью, каких приборов можно измерить объём твёрдого тела? 2. Чему равна инструментальная погрешность измерительного цилиндра вместимостью 250 мл? 3. Как можно измерить с помощью измерительного цилиндра объём твёрдого тела? 4. Каким способом (прямым или косвенным) измеряется объём твёрдого тела с помощью измерительного цилиндра? 5 . Заполните таблицу, выразив объёмы тел в кратных и дольных единицах кубического метра.
• 1. С помощью, каких приборов можно измерить объём твёрдого тела?
• 2. Чему равна инструментальная погрешность измерительного цилиндра вместимостью 250 мл?
• 3. Как можно измерить с помощью измерительного цилиндра объём твёрдого тела?
• 4. Каким способом (прямым или косвенным) измеряется объём твёрдого тела с помощью измерительного цилиндра?
• 5 . Заполните таблицу, выразив объёмы тел в кратных и дольных единицах кубического метра.

4. Измерение объёма твёрдого тела

4. Измерение объёма твёрдого тела

4. Измерение объёма твёрдого тела

4. Измерение объёма твёрдого тела

5. Измерение размеров малых тел методом рядов

• Объект исследования:
• метод измерения размеров малых тел.

• Цель исследования:

• познакомиться с методом рядов, применяемым в физике и технике;
• *определить абсолютную и относительную погрешности прямого и косвенного измерений.

• Средства измерения и материалы: линейка, бусинки (или шарики от шарикоподшипников).

46

5. Измерение размеров малых тел методом рядов

Метод рядов

Измеренное значение физической величины - d изм

Абсолютная погрешность прямого измерения длины ряда ученической линейкой

Δ l = ±2мм

5. Измерение размеров малых тел методом рядов

Вопросы и задания

• 1. Для измерения каких тел применяют метод рядов? 2. Какие физические величины нужно измерить, чтобы определить размер малого тела методом рядов? 3. Как измерить размеры малых тел с помощью метода рядов?
• 1. Для измерения каких тел применяют метод рядов?
• 2. Какие физические величины нужно измерить, чтобы определить размер малого тела методом рядов?
• 3. Как измерить размеры малых тел с помощью метода рядов?

5. Измерение размеров малых тел методом рядов

5. Измерение размеров малых тел методом рядов

5. Измерение размеров малых тел методом рядов

5. Измерение размеров малых тел методом рядов

6. Измерение силы упругости пружины

• Объект исследования:
• измерение модуля силы упругости.

Цель работы:

• измерить с помощью динамометра модуль силы упругости пружины;
• определить абсолютную и относительную погрешности прямого измерения.

Средства измерения и материалы: набор грузов, линейка, динамометр, штатив с муфтой и лапкой.

53

6. Измерение силы упругости пружины

Измерение модуля силы упругости пружины с помощью динамометра

Измеренное значение физической величины - F изм

Абсолютная инструментальная погрешность

Абсолютная погрешность - ∆ F

Δ и F = ±0,1H

6. Измерение силы упругости пружины

Вопросы и задания

• 1. Как называется сила, возникающая при сжатии или растяжении пружины? 2. Какую деформацию называют упругой? 3. Для каких деформаций справедлив закон Гука? 4. Как можно измерить с помощью динамометра модуль силы упругости пружины? 5. Почему нельзя измерять динамометром модуль силы, превышающей верхний предел измерения шкалы прибора?
• 1. Как называется сила, возникающая при сжатии или растяжении пружины?
• 2. Какую деформацию называют упругой?
• 3. Для каких деформаций справедлив закон Гука?
• 4. Как можно измерить с помощью динамометра модуль силы упругости пружины?
• 5. Почему нельзя измерять динамометром модуль силы, превышающей верхний предел измерения шкалы прибора?

6. Измерение силы упругости пружины

6. Измерение силы упругости пружины

6. Измерение силы упругости пружины

6. Измерение силы упругости пружины

7. Изучение равноускоренного прямолинейного движения тела

• Объект исследования:
• модель равноускоренного прямолинейного движения тела.

Цель работы:

• изготовить модель траектории равноускоренного прямолинейного движения тела;
• исследовать закономерность равноускоренного прямолинейного движения без начальной скорости: пути, проходимые телом за равные последовательные промежутки времени, пропорциональны последовательности нечётных чисел.

Средства измерения и материалы: бечёвка длиной 1–1,5 м, 4 металлических шарика с отверстиями (или крючками), линейка ученическая.

60

7. Изучение равноускоренного прямолинейного движения тела

Модель равноускоренного прямолинейного движения тела

Материальная точка

7. Изучение равноускоренного прямолинейного движения тела

Вопросы и задания

• 1. В чем состоит отличие равноускоренного прямолинейного движения от равномерного прямолинейного движения? 2. Из каких тел состоит модель равноускоренного прямолинейного движения? 3. Какая закономерность равноускоренного прямолинейного движения исследуется в работе?
• 1. В чем состоит отличие равноускоренного прямолинейного движения от равномерного прямолинейного движения?
• 2. Из каких тел состоит модель равноускоренного прямолинейного движения?
• 3. Какая закономерность равноускоренного прямолинейного движения исследуется в работе?

7. Изучение равноускоренного прямолинейного движения тела

7. Изучение равноускоренного прямолинейного движения тела

7. Изучение равноускоренного прямолинейного движения тела

7. Изучение равноускоренного прямолинейного движения тела

8. Измерение удельной теплоёмкости вещества

• Объект исследования:
• измерение удельной теплоёмкости
• металлического цилиндра.

Цель работы:

научиться измерять удельную теплоёмкость вещества.

Средства измерения и материалы: калориметр, термометр, вода комнатной температуры, измерительный цилиндр, металлический цилиндр, нитка, рычажные весы .

67

8. Измерение удельной теплоёмкости вещества

Исследование термодинамической системы —

Косвенное измерение удельной теплоёмкости вещества

калориметр с водой

Количество теплоты

Тепловое равновесие

8. Измерение удельной теплоёмкости вещества

Вопросы и задания

• 1. Какие тела образуют термодинамическую систему, исследуемую в работе? 2 . Запишите формулу определения: а) массы вещества, если известна его плотность и объём; б) удельной теплоёмкости вещества. 3. Дополните предложения недостающими словами. Термометр приводят в соприкосновение с телом, температуру которого необходимо измерить. Через некоторое время наступит ________________ _______________ между термометром и системой. Затем по ___________ прибора определяют значение ____________________________________ тела 4. Каким способом (прямым или косвенным) измеряется удельная теплоёмкость вещества в лабораторной работе?
• 1. Какие тела образуют термодинамическую систему, исследуемую в работе?
• 2 . Запишите формулу определения: а) массы вещества, если известна его плотность и объём; б) удельной теплоёмкости вещества.
• 3. Дополните предложения недостающими словами.
• Термометр приводят в соприкосновение с телом, температуру которого необходимо измерить. Через некоторое время наступит ________________ _______________ между термометром и системой. Затем по ___________ прибора определяют значение ____________________________________ тела
• 4. Каким способом (прямым или косвенным) измеряется удельная теплоёмкость вещества в лабораторной работе?

8. Измерение удельной теплоёмкости вещества

8. Измерение удельной теплоёмкости вещества

8. Измерение удельной теплоёмкости вещества

8. Измерение удельной теплоёмкости вещества

9. Исследование с помощью вольтметра электрической цепи с последовательным соединением проводников

• Объект исследования:
• измерение напряжения на разных участках электрической цепи.

Цель работы:

• измерить напряжение на каждом из двух проводников и на участке цепи, состоящем из этих проводников;
• определить максимальную абсолютную погрешность измерения напряжения.

Средства измерения и материалы : источник тока, две спирали из набора сопротивлений (1 и 2 Ом), вольтметр, ключ замыкания, соединительные провода.

74

9. Исследование с помощью вольтметра электрической цепи с последовательным соединением проводников

Сила тока в электрической цепи

Измерение напряжения на разных участках электрической цепи

Абсолютная погрешность Δ U измерения напряжения на участке цепи

9. Исследование с помощью вольтметра электрической цепи с последовательным соединением проводников

Вопросы и задания

• 1. Чему равно общее напряжение на двух последовательно соединённых резисторах в электрической цепи? 2. Как включают вольтметр в электрическую цепь?
• 1. Чему равно общее напряжение на двух последовательно соединённых резисторах в электрической цепи?
• 2. Как включают вольтметр в электрическую цепь?

9. Исследование с помощью вольтметра электрической цепи с последовательным соединением проводников

9. Исследование с помощью вольтметра электрической цепи с последовательным соединением проводников

9. Исследование с помощью вольтметра электрической цепи с последовательным соединением проводников

9. Исследование с помощью вольтметра электрической цепи с последовательным соединением проводников

10. Наблюдение действия магнитного поля

• Цель работы : исследовать свойство однородного магнитного поля оказывать ориентирующее действие на стальные опилки и на проволочный моток с током.
• Средства измерения и материалы : два полосовых магнита и дугообразный магнит, катушка-моток, стальные опилки, штатив, источник постоянного тока, реостат, ключ замыкания тока, соединительные провода, лист картона.

10. Наблюдение действия магнитного поля

• Гипотеза исследования
• Если в однородное магнитное поле внести магнитные стрелки на подставке, то они будут ориентироваться в определенном направлении.

• Конкретизируйте гипотезу, учитывая, что за однородное магнитное поле можно принять магнитное поле между полюсами дугообразного магнита или между полюсами полосовых магнитов.

11. Изучение явления электромагнитной индукции

• Цель работы:

• изучить явление электромагнитной индукции;
• установить, как направлены индукционный ток в катушке и вектор индукции магнитного поля, создаваемого катушкой.

• Средства измерения и материалы : миллиамперметр из набора «Учебный», катушка-моток, постоянный магнит, штатив, соединительные
• провода.

11. Изучение явления электромагнитной индукции

• Гипотеза исследования
• Возникающая в замкнутом контуре ЭДС индукции зависит от скорости изменения магнитного потока. Направление индукционного тока в катушке и направление вектора магнитной индукции поля определяются с помощью правила Ленца и правила буравчика.

• Конкретизируйте гипотезу, учитывая имеющиеся средства измерения
• и материалы.

12. Наблюдение дисперсии света

• Цель работы : убедиться в сложном составе белого (солнечного) света,
• наблюдая явление дисперсии.

• Средства измерения и материалы : стеклянная пластинка (призма) с косыми гранями, экран со щелью, или электрическая лампа с прямой нитью накаливания (одна на класс), или изображение раздвижной щели в виде светлой вертикальной полоски, спроецированной на экран с помощью проекционного аппарата.

12. Наблюдение дисперсии света

• Гипотеза исследования
• Сформулируйте ожидаемые результаты исследования прохождения
• света в стеклянной пластинке с косыми гранями.

Список литературы

• Савенков А.И. Содержание и организация исследовательского обучения
• школьников. М.: Сентябрь, 2003. - 205 с.
• Хижнякова Л.С., Синявина А.А. Физика: 7 класс: учебник для учащихся общеобразовательных организаций. -2-е изд., перераб. –М.:Вентана-Граф, 2017. – 208с.
• Хижнякова Л.С., Синявина А.А. Физика: 8 класс: учебник для учащихся общеобразовательных организаций. -2-е изд., перераб. –М.:Вентана-Граф, 2017. – 224 с.
• Хижнякова Л.С., Синявина А.А. Физика: 9 класс: учебник для учащихся общеобразовательных организаций. -2-е изд., стереотип. –М.:Вентана-Граф, 2018. – 304 с.
• Физика: 7 класс: тетрадь для лабораторных работ для учащихся общеобразовательных организаций/[Л.С. Хижнякова, А.А. Синявина, С.А. Холина и др.]. – 2-е изд., перераб. –М.:Вентана-Граф, 2017. – 64с.
• Физика: 8 класс: тетрадь для лабораторных работ для учащихся общеобразовательных организаций/[Л.С. Хижнякова, А.А. Синявина, С.А. Холина и др.]. –М.:Вентана-Граф, 2012. – 80с.
• Физика: 9 класс: тетрадь для лабораторных работ для учащихся общеобразовательных организаций/[Л.С. Хижнякова, А.А. Синявина, С.А. Холина и др.]. –М.:Вентана-Граф, 2015. – 96с.