Использование физического эксперимента.

Использование физического эксперимента.

       Проблемы совершенствования профессионального образования и повышения качества профессиональной подготовки специалистов высшей квалификации является одной из  важных задач в развитии общества. Объективный процесс современного экономического и социального развития страны выдвигает новые критерии качества продукции,  подходы к оценке организации труда, полноты его профессионального образования.

      Педагогика и психология обучения должны способствовать разработке эффективных мер и вопросов обучения в соответствии с происходящими событиями в стране. Современная ситуация в подготовке кадров профессионального профиля должна стать предметом всестороннего анализа,  в ходе которого нужно

руководствоваться не только текущим положением дел в экономике,  сколько перспективами развития ее и общества.

     Совершенствованию качества преподавания физики придается особая значимость. Развитие науки,  изменение ее содержания,  методов и средств неизбежно вызывают появление новых идей и задач в учебном процессе профессиональной  школы.

     Специфика преподавания физики требует разработки комплексных научно-технических, проблемно-ориентированных условий. Они интегрируют подходы, синтезируют знания различных научных областей и входят в научное обеспечение современной   деятельности людей.  Одним из противоречий в организации обучения в целом и в частности по физике является интенсивный рост научно-технической информации,необходимой для усвоения студентом и жесткая ограниченность учебного времени.

     Для совершенствования методических основ преподавания курса физики прежде всего следует проектировать содержание    рабочей программы с учетом творческого подхода к изучению необходимого материала активизации самостоятельной работы студентов и оптимального использования ими внеаудиторного времени. Анализ современного состояния преподавания физики  показывает далеко недостаточную обеспеченность учебного процесса учебными методическими пособиями.  Известно,  что информационной моделью педагогической системы является учебник, содержание которого и надлежит отобрать, отразив в нем жизненный опыт, содержащийся в истории,  современные достижения и перспективы развития науки и техники.

      Изучение истории зарождения идей,  социальных причин развития научных и технических знаний, связи науки с производством, показ процессов поиска, преодоления самых различных трудностей ради достижения научной истины имеет большое воспитательное значение,  способствует развитию у обучаемых более глубокого понимания научно-технических основ производства.

     Развитие физики   происходило на основе изобретательской деятельности человека и внедрения ее результатов в практику.  В процессе преподавания следует показать,  что именно технические производственные потребности,  как правило,  ставили новые задачи перед прикладными,  точными и естественными науками.

     Одним из таких направлений, выбранных мной для исследования и усовершенствования, есть «Использование физического эксперимента, как средства углубления знаний, повышения интереса к физике, усиления поисковой,частично-исследовательской деятельности с целью причастности и заинтересованности обучающихся в получении знаний , средства развития интеллектуальной культуры личности.

Изучение этой темы и эффективное внедрение в практику работы предполагает решение широкого круга задач и отработку методики их реализации.

Методика проведения  физического эксперимента

  Физический эксперимент включает демонстрационные опыты, фронтальный эксперимент, решение экспериментальных задач, проведение физического практикума, домашние опыты и наблюдения.

А) Демонстрационные опыты определены учебной программой и занимают важное место в изучении курса физики. Очень важна тщательная подготовка к качественному и наглядному проведению опыта, но не менее важно поставить проблему перед учащимися, чтобы они четко уяснили, что нужно проверить или доказать в ходе опыта, а потом подвести к формулировке выводов по его результатам. Однако, демонстрация опытов недостаточно включает учащихся в процесс активного восприятия, они остаются пассивными наблюдателями, такие опыты не формируют экспериментальных умений и навыков, более эффективен фронтальный эксперимент, когда учащиеся самостоятельно проводят одинаковые опытные исследования на однотипном оборудовании.

Б)фронтальные опыты и наблюдения – это краткосрочный эксперимент в результате которого наблюдают явления, устанавливают закономерности или зависимости тех или иных физических величин от определенных факторов, в результате делают только качественные выводы.

Примером могут быть следующие опыты:

1. проверка зависимости силы трения от веса тела, качества обработки трущихся поверхностей, рода вещества трущихся тел ;
2. зависимость выталкивающей силы от объема тела и рода жидкости, в которую погружают тело ;
3. зависимость нагревания спирали от силы тока, зависимость силы тока от приложенного напряжения и сопротивления проводника ;
4. зависимость изображения в собирающей линзе от взаимного размещения объекта и собирающей линзы ;
5. зависимость преломления луча призмой от угла падения ;
6. зависимость силы тока в цепи переменного тока от индуктивности катушки.

В) Более глубоким и обстоятельным фронтальным экспериментом есть лабораторная работа, в результате проведения которой делаются не только качественные, но и количественные выводы и определяются физические закономерности и количественная связь между физическими величинами.

Фронтальная лабораторная работа позволяет:

• связать теоретическое изучение учебного материала с самостоятельным исследованием явлений и свойств тел;
• провести обобщающие выводы не с одного наблюдения и измерения, а на основании результатов нескольких групп;
• позволяет учителю управлять процессом формирования экспериментальных умений и навыков;
• включить в поиск и активизировать познавательную деятельность практически всех учащихся;
• после окончания опытов и наблюдений, после необходимых расчетов возможно коллективное обсуждение и оценка полученных результатов, что активизирует умственную деятельность, учит обобщать результаты, содействует творческому развитию личности.

За уровнем познавательной деятельности фронтальный эксперимент может быть репродуктивным, частично – поисковым и исследовательским.

Репродуктивный эксперимент – работа по детально разработанной инструкции и показом отдельных операций – простейший уровень исполнения, соответствующий уровню знаний А.

Исследовательское исполнение эксперимента – самый сложный уровень познавательной активности, во время которого учащиеся самостоятельно планируют последовательность операций, собирают установку или схему, производят необходимые исследования, обрабатывают полученные результаты.

Поскольку учащиеся  имеют разный уровень теоретической и практической подготовки, я дифференцирую задания, более сильная группа получает дополнительные задания для исследования, однако учитывая однотипность оборудования и средний уровень подготовки детей, большинство работ выполняю на репродуктивном уровне или частично-поисковом.

Исследовательский эксперимент провожу на дополнительных занятиях .

Исследовательский эксперимент требует соответствующей теоретической подготовки учащихся, а также времени для подготовки оборудования и для проведения самой исследовательской работы.

Основная цель исследовательского эксперимента - обеспечить не только более глубокое усвоение научных фактов, законов, теорий, а вооружить детей экспериментальными умениями и навыками:

• умение формулировать цель исследования, выдвигать научную гипотезу;
• теоретически обосновать способ или метод исследования;
• планировать эксперимент, определить нужные приборы, оборудование, порядок проведения исследования;
• подготовить экспериментальную установку, проверить ее работу;
• произвести необходимые исследования по заранее намеченному плану, выполнить нужные измерения, снять показания приборов;
• обработать результаты эксперимента, вычислить погрешности;
• сформулировать соответствующие выводы и проверить их соответствие существующим законам и теориям.

Исследовательский эксперимент проводится с небольшой группой детей под моим наблюдением и руководством, всегда присутствуют этапы выполнения работы, которые требуют моего объяснения и даже показа, в этом случае обеспечивается рациональное использование времени и выход из возникающих тупиковых ситуаций.

Проведение лабораторных работ

За многие годы практической работы накоплен определенный опыт проведения плановых фронтальных лабораторных работ.

Лабораторная работа даст оптимальный педагогический эффект при ее тщательной подготовке. Накануне, готовятся комплекты приборов и оборудования, в случае необходимости ремонтируются или готовятся новые  (деревянные бруски для исследования трения, наборы плоскопараллельных пластинок для преломления света, наборы нихромового провода для определения удельного сопротивления, …).

На предшествующих уроках уделяется 5 - 7 минут для теоретической подготовки и для знакомства с приборами, определения цены деления шкалы измерительного прибора (мензурка, вольтметр, амперметр, …), повторяются приемы измерения физических величин (пользование штангенциркулем, шкалой психрометра, таблицей плотности насыщенного водяного пара, …), повторяются приемы сборки электрической цепи, приемы вычисления погрешностей.

Подготовка к лабораторной работе проводится только дома по давно разработанному алгоритму. Лабораторные работы в нашем училище проводятся только путем фронтального эксперимента.  Легко удается дифференцировать задания для детей с разным уровнем подготовки путем дополнительных заданий повышенной сложности.

В зависимости от дидактической цели лабораторная работа может быть: обучающей, обобщающей, контролирующей знания.

Структура, чаще других используемая на обучающей лабораторной работе, следующая:

• актуализация опорных знаний и умений, необходимых для выполнения работы;
• анализ задания и способов его исследования;
• изучение приборов и других средств измерения, определение цены деления;
• подготовка установки, сборка электрической цепи;
• проведение опытов, наблюдений, фиксация результатов;
• обработка результатов экспериментальных измерений;
• формулировка выводов;
• обобщение приобретенных знаний и умений;
• контроль знаний и умений.

Обобщающие лабораторные работы имеют примерно такую же структуру, как и обучающие, но учащимся дают больше самостоятельности. А контрольные вопросы более глубоко и широко охватывают тему лабораторной работы.

Глубокая и всесторонняя подготовка к проведению лабораторной работы дает прекрасный обучающий эффект, стимулирует учебную и познавательную деятельность учащихся, дает возможность детям среднего и низкого уровня теоретической подготовки проявить свои практические умения и навыки, свою сообразительность, продемонстрировать элементы творчества, ощутить уверенность в свои силы, переоценить свои учебные возможности.

Бывает очень полезно перед лабораторной работой решить экспериментальную задачу на тему предстоящей работы, что помогает быстрее сориентироваться при проведении лабораторного эксперимента.

Например:   решаем задачу на определение удельной теплоемкости твердого тела,   на определение удельного сопротивления неизвестного металла .

Очень важным этапом в завершении лабораторной работы есть объективная оценка деятельности ученика на уроке, результатов его работы. Сюда входит:

• знание учеником теоретических основ, приборов, умение ими пользоваться, аккуратность оформления работы.

Итоговая оценка зависит от многих составляющих. Для фиксации погрешностей и допущенных ошибок я использую символы: У – ошибка в схеме, установке; О – ошибка в проведении опыта; И – ошибка в измерениях, т/б – нарушение техники безопасности. Сложность объективной оценки за работу связана еще с тем, что все группы выполняют одну и ту же работу, на однотипном оборудовании, очень легко чужой результат выдать за свой.

Положительный опыт проведения фронтальных лабораторных работ  дает возможность рационально использовать время на уроке, многому научить, проверить и объективно оценить знания и умения ученика.

Более эффективное проведение фронтальной лабораторной работы и значительную экономию времени, а также повысило объективность оценки внедрение мною в практику работы специальных тетрадей для лабораторных работ. За неимением полного комплекта пособий используем ксерокопии каждой отдельной работы. В данный час продолжаю совершенствовать методику эффективного использования «лабораторных тетрадей», уже очевидно, что их применение приносит пользу и повышает результативность выполнения фронтальных лабораторных работ.

Физический практикум, методика его проведения

Высшей степенью школьного физического эксперимента есть физический практикум, во время проведения которого приобретенные ранее знания  и экспериментальные знания углубляются, расширяются, усовершенствуются и обобщаются.

Подготовка к проведению физического практикума  на первом и втором курсах требует не только усилий и времени, но и вдумчивого подхода и анализа в выборе тематики, которая зависит от возможностей материально – технической базы (МТБ)  кабинета, а также от уровня подготовки учащихся  

В моем распоряжении имеются разработанные инструкции, а материально – техническая база дает возможность качественно провести, на мой взгляд, наиболее интересные, дающие хороший образовательный результат, работы физического практикума, к тому же обеспечивается практическая направленность обучения, что соответствует теме моих исследований. Многие работы взяты из методических пособий «Практикум по физике в средней школе» В.А. Буров, Ю.И  Дик; «Новые работы физического практикума» О.Ф. Кобардин и другие.

 За счет времени, отведенного на повторение, очень коротко и сжато повторяется теоретический материал, соответствующий тематике работ физического практикума и, самое главное, рассматривается устройство, принцип работы приборов и оборудования, используемых в предстоящих работах физического практикума. Повторяются методы и приемы физических измерений, перевод единиц в систему СИ, методика определения цены деления приборов, а также много внимания уделяется теории вычисления погрешностей.

Проводятся краткосрочные (5 – 7 минут) практические подготовительные упражнения по сборке электрических цепей, пользование мензуркой, вольтметром, амперметром, мультиметром, таблицами физических величин.

Работы физического практикума проводятся согласно существующей методики. Для лучшей мотивации познавательного процесса, с целью психологической поддержки, проверяю готовность к выполнению предстоящей работы тоже дифференцированно, устройство приборов и их назначение объясняет учащийся с низким уровнем подготовки, теорию, знание формул и цель проведения эксперимента объясняет сильный ученик.

К проведению работы учащиеся готовятся дома по «инструкции», где также указана литература для подготовки. Работы готовятся на отдельных листах, а после проведения оформляются в классе и сдаются учителю в тот же день. Таким образом, обеспечивается самостоятельность проведения, расчетов, формулировка выводов. То есть выполняются одновременно семь разных работ, а результаты предыдущих туров находятся у учителя.

Каждая работа оценивается, но в журнал я выставляю всего три оценки за весь цикл работ физического практикума по следующим критериям:

• знание теории, формул, владение математическим аппаратом, знание теории погрешностей;
• уровень практических навыков, умение собирать установку, цепи, знание приборов, умение использовать их на практике;
• творческий подход, склонность к экспериментальным исследованиям, умение видеть главную идею проводимого эксперимента и сделать выводы из полученных результатов.

После оглашения итоговых оценок за весь цикл работ допускается для желающих индивидуальная защита  работы на повышение результата, но во внеурочное время. Очень важно дать учащемуся возможность доказать, убедить учителя в реальности и глубине его знаний. Это заставит дополнительно поработать над собой, формирует в ученике твердость, упорство в достижении цели, желание повысить свой рейтинг по данному предмету.

Поскольку работы физического практикума сложнее, чем фронтальные лабораторные работы,  проводятся они в конце учебного года и охватывают широкий круг изученных тем, а для их проведения используется более сложное оборудование и приборы, то образовательная, развивающая и воспитательная возможности более широкие и глубокие.

Несмотря на то, что ход работ физического практикума заранее определен «инструкцией», во время эксперимента дети приобретают или углубляют не только практические умения и навыки пользоваться измерительными приборами, более сложным физическим оборудованием, производить расчеты, строить графики, обобщать полученные результаты, делать выводы исходя из полученных результатов.

Самое важное то, что учащиеся учатся коллективно решать творческие исследовательские задачи, идет постоянный обмен знаниями и умениями между детьми, где всегда присутствуют элементы творческого поиска, изобретательства, попытки самостоятельно с помощью исследований найти ответы на интересующие вопросы.

Именно при проведении физического практикума хорошо просматриваются экспериментальные, изобретательские способности детей, склонность к творчеству и конструированию.

Замечено, что на уроках прикладного характера, практических и лабораторных занятиях всегда лидируют ребята, даже те, которые имеют посредственные теоретические знания. Этому способствует образный способ мышления, хорошее пространственное воображение, преобладающее у мальчиков, а также практическая направленность занятий, четкое определение конечной цели и ожидаемого результата.

При  выполнении  работ  физического  практикума  идет  интенсивный процесс  приобретения  экспериментальных,  технических  умений   и навыков,  происходит  интеллектуальное  развитие  личности,  дети  приобретают   бесценный  опыт   коллективной работы, сотрудничества друг   с  другом.

Не   менее  важным  есть  психологический  аспект,  учащиеся  с  более   низким    уровнем   подготовки   приобретают  уверенность  в  себе,  в  свои знания, умения,  а  возможность  оказать  помощь  другим   помогает  самоутверждению    среди  сверстников.       

   Особое внимание обращается на развитие умений проводить эксперимент, измерять физические величины прямым и косвенным методами, использовать методы моделирования физических явлений и процессов, пользоваться основными электроизмерительными и электронными приборами, источниками питания, усилителями, измерительными инструментами, уметь обращаться с технической документацией на приборы и оборудование, подбирать аппаратуру, конструировать, собирать и налаживать установки, обрабатывать и анализировать результаты измерений.

   Особо следует поощрять проявление инициативы и самостоятельности, оригинальности идей и конструкторских решений. Всегда на занятиях   предполагается использование знаний по математике, химии, черчению, трудового обучения, что способствует реализации межпредметных связей.    

 Применяя принцип минимума теоретических объяснений, максимум показа, демонстрации, проверки в действии, я добилась хорошего понимания и усвоения главных умений и навыков, необходимых для дальнейшей работы.

   Хочу отметить, что разработанная и изученная мною проблема «Совершенствование физического эксперимента, как средства углубления знаний и важного стимула повышения интереса к физико – техническим наукам» – это только одна из многих, интересующих меня тем. Считаю необходимым детально изучить, разработать и внедрить в практику работы «Использование информационных технологий в преподавании физики», а также досконально изучить вопрос «Организация работы с одаренными детьми», чем я и намерен заниматься в будущем.