Развитие познавательных способностей учащихся на уроках физики с помощью экспериментов.

Развитие познавательных способностей учащихся
посредством экспериментальной деятельности на уроках физики

Комаровой И.В.

(описание опыта работы).

I. Теоретические основы системы работы учителя физики по активизации познавательной деятельности учащихся

Главная задача сегодняшнего дня в образовании - вооружая знаниями, воспитать интеллектуально развитую личность, стремящуюся к познанию. В связи с этим современные требования к уроку ставят перед учителем задачу планомерного развития личности путём включения в активную учебно-познавательную деятельность.

Познавательный интерес – избирательная направленность личности на предметы и явления окружающие действительность. Эта направленность характеризуется постоянным стремлением к познанию, к новым, более полным и глубоким знаниям. Систематически укрепляясь и развиваясь, познавательный интерес становится основой положительного отношения к учению. Познавательный интерес носит поисковый характер. Под его влиянием у человека постоянно возникают вопросы, ответы на которые он сам постоянно и активно ищет. При этом поисковая деятельность школьником совершается с увлечением, он испытывает эмоциональный подъем, радость от удачи. Познавательный интерес положительно влияет не только на процесс и результат деятельности, но и на протекание психических процессов - мышления, воображения, памяти, внимания, которые под влиянием познавательного интереса приобретают особую активность и направленность.

Таким образом, познавательный интерес - сильное мотивационное средство обучения. И огромную роль в его формировании играет учебный физический эксперимент, который является одновременно источником знаний, методом обучения и средством активизации познавательной творческой деятельности учащихся.

Все способности человека развиваются в процессе деятельности. Нет другого пути развития познавательных способностей учащихся, кроме организации их активной деятельности. При экспериментировании познание происходит в процессе самостоятельной творческой практической деятельности школьников.

Организация экспериментальной работы на уроках физики позволяет решить многие задачи обучения предмету: обеспечить прочные и осознанные знания изучаемого материала; подготовить учащихся к активному участию в производственной деятельности, умению самостоятельно пополнять знания; воплощать в жизнь научно-технические решения; осваивать новые специальности; дать высшим учебным заведениям страны хорошо подготовленных абитуриентов, способных творчески овладеть выбранной специальностью.

II. Методика обучения учащихся экспериментальной деятельности.

Суть методики организации экспериментальной деятельности учащихся заключается в следующем:

- выделяются основные операции и действия, не зависящие от частных особенностей материала;

- определяется логическая последовательность их выполнения; на этой основе вырабатывается (совместно с учащимися) алгоритм работы;

- обосновывается необходимость умения выполнять четко, осознанно каждую операцию.

На начальном этапе у учеников вырабатывается умение уверенно и грамотно выполнять отдельные операции, а затем рассматривается наиболее рациональная последовательность выполнения операций в процессе экспериментирования.

В первую очередь учащиеся учатся наблюдать, пользоваться лабораторным оборудованием (приборами и материалами, штативами и принадлежностями к ним, источниками энергии, подставками, подъемными столиками, пробирками и т.д.), соблюдать правила техники безопасности.

Далее идет обучение выполнению измерений, включающих чтение шкал приборов, определение цены деления шкалы прибора, его нижнего и верхнего пределов измерения, отсчет и правильную запись показаний прибора, определение погрешности измерения.

Одновременно отрабатывается умение правильно фиксировать результаты наблюдений и измерений различными способами (рисунки, таблицы, графики, фотографии, видеозапись).

При выполнении экспериментов учащиеся усваивают структуру деятельности по выполнению работы.

При проведении эксперимента воспроизводится не только физическое явление, но и выясняется взаимосвязь и зависимость протекания явления от изменения условий в данном эксперименте.

Структура деятельности учащихся по выполнению эксперимента:

1. Формулировка цели выполнения эксперимента.

2. Построение гипотезы, которую можно было бы положить в основу выполнения эксперимента.

3. Определение условий, которые необходимо создать для того, чтобы проверить правильность гипотезы.

4. Определение необходимых для проведения эксперимента приборов и материалов.

5. Моделирование хода эксперимента (определение последовательности операций, из которых слагается деятельность по его выполнению).

6. Выбор рациональных способов фиксирования информации, которую предполагается получить в ходе эксперимента.

7. Непосредственное выполнение эксперимента, включающего наблюдения, измерения и фиксирование получаемой при этом информации (зарисовка, запись результатов измерений и т.д.)

8. Математическая обработка результатов измерений.

9. Анализ полученных данных.

10. Формулировка выводов из проведённой экспериментальной работы.

Приведенный план деятельности по выполнению эксперимента является общим для всех опытов.

В 7 классе осуществляется отработка умения выполнять отдельные операции. В 7 классе план деятельности по выполнению эксперимента даётся в сокращенном виде, а затем расширяется по мере овладения умением выполнять все более сложные операции, в него включаются такие пункты, как построение гипотезы, моделирование хода выполнения эксперимента, определение необходимых для этого приборов и материалов и т.д.

Пример эксперимента.

В 7 классе перед изучением условия равновесия рычага, учащимся предлагаю пронаблюдать:

- положите на стол карандаш, а на карандаш, перпендикулярно ему положите линейку и добейтесь, чтобы она пришла в равновесие. Чтобы карандаш не перекатывался, зафиксируйте его скотчем, пластилином и т.п.

- запомните, какое деление линейки находится над карандашом. Через это деление проходит ось вращения.

. При выполнении задания учащиеся руководствуются указаниями, которые им даются либо в письменном виде, либо устно (в этом случае каждое следующее задание предлагается после выполнения предыдущего).

План проведения эксперимента:

1. Положите две монетки на расстоянии 6 см от оси вращения (ВНИМАНИЕ все расстояния вы отсчитываете от оси вращения, а не от нуля линейки). Опытным путем установите, на каком расстоянии вправо от оси вращения надо положить: а) одну монету; б) две монеты; в) три монеты, чтобы рычаг пришел в равновесие (расстояние отсчитываем по центру монет).

2. Считая, что каждая монета весит 1 УС, запишите данные и измеренные величины в таблицу. На самом деле вес одной монеты 0,056 Н, но для простоты условимся, что одна монета это одна условная сила (1 УС).

   № опыта	Сила F1 на левой части рычага, УС	Плечо l1, см	Сила F2 на левой части рычага, УС	Плечо l2, см	Отношение сил и плеч
   					F1/ F2	l2, /l1
   1	2	6	1	12
   2
   3

3. Вычислите отношение сил и отношение плеч для каждого из опытов и полученные результаты запишите в соответствующие столбцы таблицы.

Проверьте, подтверждают ли результаты опытов условие равновесия рычага под действием приложенных к нему сил и правило моментов

В результате выполнения эксперимента, анализа проведённых опытов на основе сравнения учащиеся подходят к пониманию условия равновесия рычага

Основные требования к организации экспериментальной работы.

Экспериментальная работа учащихся на уроке должны удовлетворять нескольким требованиям. Эксперимент должен быть:

1) связан с основным содержанием занятия;

2) интересным для школьников;

3) доступным для понимания в постановке проблемы и полученных результатов;

4) безопасным для жизни и здоровья детей.

III. Формирование универсальных учебных действий при проведении экспериментальной работы.

Особое внимание на уроках по физическому экспериментированию уделяется постановке проблемы, анализу условий проведения опыта и обучению формулированию выводов из результатов эксперимента, т.е. формированию универсальных учебных действий. Эта работа даётся учащимся нелегко. Поэтому перед выполнением каждого опыта необходимо убедиться, что все учащиеся понимают цель опыта, представляют себе возможные варианты его результатов и могут сформулировать выводы, которые можно будет сделать из полученных результатов.

До проведения эксперимента необходимо подвести учащихся к выводу о том, что существует проблема, которая может быть разрешена только опытным путем. Потом совместно спланировать и выполнить эксперимент, результаты которого могут дать решение этой проблемы. После выполнения эксперимента в форме самостоятельного опыта проводится коллективное обсуждение его результатов и формулируются выводы.

Рассмотрим конкретный пример эксперимента, который проводится на уроке, когда происходит ознакомление с понятиями «физическое явление», «наблюдение», «проблема», «гипотеза», «опыт».

Тема: «Падение тел на Землю».

Для обеспечения возможности самостоятельных опытов по наблюдению одновременного падения двух монет, маленькой и большой, заготавливается набор монет на класс. После выполнения самостоятельных опытов учащиеся делают вывод: заметить разницу во времени падения маленькой и большой монет не удается. Но учитель говорит, что нельзя быть уверенным и в том, что монеты падают совершенно одновременно, так как время их падения очень мало. После этого следует рассказ об опыте Галилея, который для увеличения времени падения тел наблюдал падение двух шаров с высокой наклонной «падающей» башни в г. Пизе. Один из шаров был в 200 раз тяжелее другого. Опыт показал, что тяжелый и легкий шары достигают поверхности Земли одновременно. Начиная с этих и других опытов Галилея основным методом проверки гипотез в физике стал экспериментальный метод.

Эксперимент по изучению явления падения тел на Землю с использованием трубки Ньютона. Показав стеклянную трубку с находящимися в ней кусочком свинца и птичьим пером, задаем вопрос: «Если быстро перевернуть эту трубку, одновременно ли достигнут дна трубки кусочек свинца и птичье перо?»!

Когда будут высказаны гипотезы о результатах опыта, выполняем опыт и предлагаем высказать предположения о причине более долгого падения пера. После высказывания гипотезы о влиянии сопротивления воздуха на движение тел задаем вопрос: «А если бы в трубке не было воздуха, кусочек свинца и птичье перо достигли бы дна трубки одновременно?» Затем откачиваем воздух из трубки и проверяем гипотезу о том, что в пустоте кусочек свинца и перо упадут одновременно.

При проведении эксперимента используются индивидуальная, групповая и коллективная формы работы.

Коллективный эксперимент.

При отсутствии достаточного количества комплектов лабораторного оборудования исследование может быть выполнено в форме коллективного эксперимента.

Рассмотрим особенности организации коллективного эксперимента на конкретном примере выполнения опыта по изучению закона сложения сил.

Тема: «Закон сложения сил».

Изучение закона должно происходить по тому пути, каким произошло его открытие.

Для того чтобы учащиеся смогли осознать, что на примере закона сложения сил они знакомятся с принципиально новым законом сложения величин, изучение этой темы можно начать с такой постановки проблемы: «Скажите, если к двум орехам прибавить еще два ореха, сколько будет орехов?» Ответ: «четыре ореха» — очевиден.

«А если на тело действует сила 2Н и еще одна сила 2Н, то чему равна суммарная сила их одновременного действия?»

После краткого обсуждения ответов учащиеся выполняют экспериментальную проверку предполагаемых результатов с использованием трех динамометров. Для опытов нужно использовать демонстрационные динамометры, показания которых видны всему классу.

Сначала два динамометра тянут вдоль одной прямой за нить, привязанную к третьему динамометру. Показание каждого из двух динамометров должно быть равно 2Н. В этом случае показание третьего динамометра, на который действуют одновременно две силы по 2Н, равно 4Н. Выполняется обычное правило сложения: 2 + 2 = 4.

Затем изменяют положения динамометров в пространстве так, чтобы между ними был угол примерно 120°. Показание третьего динамометра теперь становится равным 2Н. Изменяя угол между направлениями двух векторов сил по 2Н от 0 до 180°, можно получить значения модуля равнодействующей сил от 4 до 0Н.

Мы получили, что закон сложения векторных величин принципиально отличается от закона сложения скалярных величин. Направление результирующего вектора и его модуль зависят от направлений и модулей слагаемых векторов.

Для того чтобы в обсуждении задач эксперимента, плана его проведения и в выполнении измерений участвовало возможно большее количество учащихся, проблему нахождения правила сложения векторов сил можно разбить на большое число ступеней с постановкой промежуточных проблем и коллективным обсуждением хода эксперимента.

Приведенные примеры показывают, как в разных формах организуется активная познавательная деятельность учащихся, позволяющая им овладеть такими важными общими теоретическими понятиями, как явление, наблюдение, а также приобрести опыт универсальных учебных действий: выдвигать проблему, гипотезу, искать пути решения проблемы, доказательства гипотезы, проводить по заданным параметрам эксперимент.

Когда учащиеся освоят структуру выполнения экспериментальных работ, им предлагается выполнение домашнего эксперимента, цель которого – развивать самостоятельность в индивидуальной познавательной деятельности. Для организации самостоятельной домашней работы разработаны задания для домашнего экспериментирования в соответствии с тематикой изучаемых разделов.

Например:

Тема: «Механическое движение»

Экспериментальное задание:

Наблюдать движения автомобиля по ул.Подгорная села Верхнерусского.

Требуется:

1. Нарисовать траекторию движения автомобиля.

2. Измерить длину пути, считая количество пролетов между столбами осветительных фонарей и расстояние между ними.

3. Определить вид движения: равномерное или неравномерное, прямолинейное или криволинейное.

Тема: «Инерция»

Экспериментальное задание:

На самокате в спортивном городке прокатиться по спортивной дорожке и съехать на дорожку засыпанную песком.

Выяснить:

1. Зависит ли путь, пройденный самокатом с пассажиром по песку, от скорости разгона самоката и какова эта зависимость?

2. Объяснить этот опыт.

Тема: «Масса»

Экспериментальное задание:

Взять наклонную плоскость и скатывать по ней в песок два разных шарика разной массы.

Выяснить:

1. Зависит ли путь, пройденный шариком, от его массы?

2. Объяснить этот опыт.

Работа над экспериментальным проектом в творческом коллективе дает возможность учащимся объединиться по интересам, обеспечивает для них разнообразие ролевой деятельности в процессе обучения, воспитывает обязательность выполнения заданий в намеченные сроки, взаимопомощь, тщательность и добросовестность в работе, равноправие и свободу в выражении идей, их отстаивании и в то же время доброжелательность при всех обстоятельствах.