Формирование исследовательских навыков на уроках физики

Формирование исследовательских навыков на уроках физики

Учитель физики Щодрык А.П.

Физика – это наука, которая изучает природу и ее явления. Изучение в физике является основой для понимания многих аспектов мира вокруг нас, от микромасштаба атомов и элементарных частиц до макромасштаба галактик и вселенной в целом. А поскольку физика является основой для других естественных и точных наук, таких как химия, биология и астрономия, ее изучение имеет важное значение для понимания многих аспектов нашей жизни и окружающего мира.

Физика формирует творческие способности учащихся, их мировоззрение и убеждения. Эта основная цель обучения может быть достигнута только тогда, когда в процессе обучения будет сформирован интерес к знаниям.

Сколько удивительного содержится вокруг нас? Мимо скольких интересных событий и явлений мы проходим ежедневно, не заметив, не поняв их? А ребенок? Мир полон чудес, надо только уметь их открывать. Поэтому формирование у школьников исследовательских навыков на уроках и внеурочное время, я считаю необходимым, именно в этом случае ученики – это " УЧЕНЫЕ", открывающие новые знания, а учитель – организатор их деятельности.

В наше время появляются новые требования, как к человеку, так и к образованию. В настоящее время учитель решает очень сложные задачи переосмысления своего педагогического опыта, ищет ответ на вопрос : «Как обучать в новых условиях?» .

На своих уроках я не стремлюсь всех научить физики. Значительно более важно научить подростка мыслить самостоятельно, творчески, через систему соответствующих исследовательских заданий.

Детская исследовательская деятельность, несомненно, является одним из самых эффективных подходов к учебно- воспитательному процессу. В процессе исследовательской деятельности школьники осваивают навыки не пассивного усвоения предлагаемых им учителями знаний, а учатся самостоятельно получить эти знания, что является более эффективным способом образования. Исследовательский способ образования избавлен от самой большой проблемы традиционного образования — отсутствия  познавательного интереса обучающихся. При явной эффективности исследовательского подхода, существуют серьезные проблемы в его организации, так как исследовательская деятельность — специфический вид деятельности человека и требует определенной базы.

Как показывает собственный опыт работы в школе, в последние годы существенно упал интерес школьников к фундаментальным наукам, в частности к физике. Это обстоятельство повлияло и на получение фундаментального образования в школе. Понизился интерес школьников к физике, математике и в то же самое время наблюдается скачок интереса детей, в том числе и школьников к информатике, компьютерам, Интернету. Даже способные, высоко мотивированные учащиеся склонны пренебрегать занятиями фундаментальными науками. Такое состояние приводит к нарушению равновесия в учебном процессе и узкому доминированию определенного типа мышления.

« Исследовать – это, значит, видеть то, что видят все, и думать так, как не думает никто» В. Бекелис.

Методы исследования в физике

Экспериментальный метод

Теоретический метод

Математический метод

Статистический метод

Компьютерное моделирование

Экспериментальные методы изучения

Теоретические методы изучения

Для развития интереса у школьников к физике в своей работе я использую, следующее приёмы:

1. При объяснении нового материала применяю на уроках элементы исследования. Стараюсь превратить урок в непрекращающийся, познавательный процесс для школьника. Про звонок с урока учащиеся забывают, да и нервное напряжение, если оно и возникает на каком-то этапе урока, заметно снижается.

Пример.

При изучении темы «Диффузия» при введении понятия диффузии ставлю вопрос: «Для чего нужно изучать это явление?». После ответов учащихся предлагаю провести опыты и сделать выводы.

Оборудование: стакан с холодной водой, стакан с горячей водой, заварка чая (в пакетиках), 2 деревянных бруска.

Открываю флакон с духами.

Выводы прошу сделать самостоятельно.

При изучении темы «Сила трения» провожу опыт: пускаю машинку. Вопрос: Что произошло и почему? (В начале урока повторяем, что причиной изменения скорости тела является сила.)

На столах оборудование: динамометр, трибометр, набор грузиков, карандаши.

Примените оборудование и сделайте выводы.

2. Выполнение не стандартным способом лабораторные работы.

Лабораторные работы я стараюсь проводить нетрадиционно, не следуя строго по описанию в учебнике, а как решение экспериментальной задачи с исследовательскими элементами. Известно, что выполнение лабораторных работ по инструкциям снижает степень самостоятельности учащихся, при этом все ученики находятся в одинаковых условиях.

Школьные лабораторные работы желательно проводить так, чтобы они давали многоплановые результаты, культивировали у школьников исследовательский дух. При этом необходимо соблюдать следующую последовательность действий:

• Нахождение общей идеи решения экспериментальной проблемы

• Составление плана исследования

• Обработка полученных результатов

• Формулировка вывода

Опыт показывает, что применение такого метода возможно при условии разумного сочетания с работами, выполняемыми по инструкции. Дело в том, что, во - первых, далеко не каждой работе можно придать проблемный характер, и, во- вторых, даже если это возможно, то не всегда целесообразно.

Исследовательские лабораторные работы, проводимые как индивидуально, так и в группах, могут проходить по следующему плану:

1. Учитель сообщает проблему, для решения которой проводиться лабораторная работа.

2. Знания учащимся не сообщают. Учащиеся сами их получают в процессе исследования. Средства для достижения результатов учащиеся выбирают сами, т.е. становятся активными исследователями.

3. Учитель управляет процессом исследований.

Лабораторный исследовательский метод проведения занятий по физике помогает учащимся развить следующие общеучебные умения и навыки:

1) Познавательные умения и навыки :

• анализа и синтеза;

• описания наблюдаемых явлений;

• формулировка целей и задач;

• выдвижение гипотезы и предсказание результата;

• использование математических символов;

• установление причинно-следственных связей.

2) Организационные умения и навыки:

• планирование эксперимента;

• рациональное использование времени;

• правильная организация рабочего места при выполнении лабораторных работ.

3) Технические умения и навыки:

• пользование измерительными приборами и измерение физических величин;

• математическая обработка результата;

• подбор материала к лабораторным работам;

• сборка установки, схема эксперимента;

• использование учебной и технической литературы;

• учет правил ТБ;

• расчет погрешности вычисления;

• оформление результатов (схемы, таблицы, графики).

4) Умения и навыки сотрудничества:

• обсуждение задания и распределение обязанностей;

• взаимопомощь и взаимоконтроль (самоконтроль);

• обсуждение результатов и формулировка вывода.

Проделав работу по отбору материала для темы моего исследования, я пришла к выводу: «Нет главных и несущественных методов обучения, но, в зависимости от целей, задач и образовательных требований общества, нужно использовать те, которые являются наиболее актуальными в данный момент, по данной теме, в данном классе, для данной личности».

В настоящее время развитие учебных умений и навыков личности – наиболее актуальная задача образования, т.е. в меняющихся жизненных ситуациях только человек, умеющий переносить ЗУН в новую ситуацию, может быть конкурентоспособным.

Задание к лабораторной работе: « Определение коэффициента трения скольжения» исследовательского характера:
1.Выясни, как зависит сила трения от способа обработки трущихся поверхностей ( используй различные из предложенных поверхностей).

2. Выясни, как зависит сила трения от площади и массы соприкасающихся поверхностей.

Отчет ( предложенный вариант)

1.Я предполагаю, что ………………..

2.Я основываюсь на том, что ……………

3.Рассуждения, на основе которых выдвинута гипотеза ………………

4. Что я предполагаю сделать для проверки предположения ……………..

5.Мне необходимы приборы………………

6.План моих действий …………………..

7.Анализ плана:

Что я измеряю? Например: 1)Площадь поверхности; 2) Массу грузов;

Чем я измеряю? Например: 1) линейкой, 2) весами;

Что будет постоянно? Например:1) скорость движения бруска по поверхности.

Сделай вывод о значении коэффициента трения.

Например:

Лабораторная работа «Определение плотности тела».

Что должен сделать учащийся:

Основное задание: С помощью весов и измерительного цилиндра (линейки) определите из какого вещества сделано тело.

Оборудование: весы, гири, измерительный цилиндр (линейка), таблица плотностей.

3. Решение экспериментальных задач (количественных и качественных).

Экспериментальные задачи в отличие от текстовых, как правило, требуют больше времени на подготовку и решение. Однако решение таких задач положительно влияет на качество преподавания физики. Самостоятельное решение учениками таких задач способствует активному приобретению умений и навыков исследовательского характера, развитию творческих способностей. Учитывая, что эти задачи являются для большинства учеников особо трудными, необходимо тщательно продумывать организацию их деятельности на уроке и руководство ею со стороны учителя. Здесь целесообразно использовать карточки с различными типами помощи для тех ребят, которые быстро не могут найти решение. Количество таких задач 2-3 по каждой теме. Ставлю перед обучающимися задачу и предлагаю найти им самостоятельно способ экспериментального решения (исследования). Это все делается, для того, чтобы учащиеся лучше запомнили и глубже усвоили изучаемый материал.

Вот некоторые примеры экспериментальных задач:

1. Определите, сколько капель воды содержится в стакане, если у вас есть пипетка, весы, разновес, стакан с водой, сосуд.

Решение. Накапайте, скажем, 200 капель в пустой сосуд и определите их массу. Во сколько раз масса воды в стакане больше массы 200 капель, во столько раз больше число капель.

2. Вычислите внутренний радиус тонкой стеклянной трубочки, используя весы с разновесом, измерительную линейку, сосуд с водой.

Решение. В трубочку наберите воду. Измерьте высоту столба жидкости, затем вылейте воду из трубочки и определите её массу. Зная плотность воды, определите её объём. Из формулы V = SH =  R²H вычислите радиус.

3. Как вылить воду из банки, стоящей на столе, не прикасаясь к ней?

Оборудование. Трёхлитровая банка, на 2/3 заполненная водой, длинная резиновая трубочка.

Решение. В банку опустите один конец длинной резиновой трубочки, заполненной водой полностью. Второй конец трубки возьмите в рот и отсасывайте воздух до тех пор, пока уровень жидкости в трубке не окажется выше края банки, затем выньте её изо рта, а второй конец трубочки опустите ниже уровня воды в банке – вода потечёт сама. (Этот приём часто используют водители при переливании бензина из бака автомобиля в канистру).

4. Определите, какое давление оказывает металлический брусок, плотно лежащий на дне сосуда с водой.

Решение. Давление на дно стакана складывается из давления столба жидкости над бруском и давления, оказываемое на дно непосредственно бруском. С помощью линейки определите высоту столба жидкости, а также площадь грани бруска, на которой он лежит.

5. У вас игрушечный пистолет и линейка. Определите скорость вылета «пули» при выстреле.

Решение. Выстрел сделайте вертикально вверх, засеките высоту подъёма. В наивысшей точке кинетическая энергия равна потенциальной – из этого равенства найдите скорость

6. Пример: два маятника разной длины установили на двух штативах. Запустили одновременно. Количество колебаний разное. Делаем вывод: чем меньше длина маятника, тем колебание быстрее. За данное время найти период колебаний.

4. Через подбор специальных домашних экспериментальных заданий с элементами исследования.

Детская исследовательская деятельность, несомненно, является одним из самых эффективных подходов к образовательному и воспитательному процессу. Как показал опрос обучающихся и родителей в 7 классе родители мало уделяют внимание своим детям при подготовке домашних заданий, не всегда постоянно интересуются успехами в школе, считая, что их дети выросли, стали большими, хотя при этом многие из ребят как показал опрос нуждаются в помощи, во внимании. Поэтому в своей работе придаю большое значение организации исследовательской деятельности учащихся во внеурочное время. Часто слышатся упреки со стороны родителей о перегрузке учащихся, о большом объёме домашних заданий. Но ведь никто не жалуется на перегрузку, если труд приносит радость и удовлетворение, как ребенку, так и родителю, так и учителю.

Одним из способов, развивающих исследовательские навыки у школьников является - организация и постановка посильных для школьников домашних учебно-практических проблем. С большим интересом их выполняют ребята в 7,8 классах. В итоге получается "маленькая" научная работа, которую каждый ученик вправе защитить на уроке.

Я не считаю их обязательными для всех учащихся. Они рассчитаны на учеников, желающих глубже изучить и лучше понять физику (обязательные задания для всех небольшие по объёму и общедоступные). При обсуждении на очередном уроке, когда разгораются споры, такие задания приносят много удовлетворения и пользы.

Приведу несколько примеров домашних экспериментальных заданий:

1.Определите предел измерения и цену деления шкалы рулетки. Какие физические величины можно измерить, определить с помощью рулетки? Вычислите площадь поверхности обеденного стола и объем ванной комнаты. Выразите результаты вычислений в м2 и м3.

2.Вставьте плотно воронку в бутылку и попробуйте быстро налить в нее воду. Что вы наблюдаете? Почему вода не вливается в «пустую» бутылку?

3.Возьмите картофелину или яблоко и воткните в них медную и цинковую пластинки. Присоедините к этим пластинкам 1,5В лампочку. Что у вас получилось? (Источник тока)

4.Вырежьте из листа бумаги два одинаковых лепестка и приложите их друг к другу. Слипаются ли они? Повторите опыт, намочив соприкасающиеся стороны лепестков водой. Почему лепестки прилипают друг к другу?

5. Изготовление простейших самодельных приборов .

«Физику следует рассматривать: как орудие развития и воспитания». Н.А.Умов. Я считаю, что изготовление простейших самодельных приборов является в настоящее время воспитательным моментом, т.к. ребенок больше времени проводит вместе с родителями. Изготовив прибор, ученик не кладет его на полочку, а проводит дома и в школе простейшие опыты.

Опыт показывает, что учащиеся быстро « приобретают вкус» к таким работам. Уровень активизации при этом самый высокий, т.к. ученик дома работает самостоятельно. Конечно, такая работа требует много времени, поэтому такие задания часто предлагать нельзя. Задания могут быть общими или только для желающих.

Тем самым показываем справедливость слов академика П. Л. Капицы о том, что чем более простыми средствами ставится школьный эксперимент, тем он более полезен для развития творческих способностей учащихся.

Так, учащиеся дома изготавливали такие самодельные приборы, как «картезианский водолаз», «камеру обскура», «сегнерово колесо», барометры, электроскопы, магнитные стрелки, музыкальные инструменты и так далее. Вот описание одного из приборов.

«Камера обскура»

Материалы: цилиндрической коробки от чипсов Pringles, тонка бумага.

Последовательность действий

Маленькую камеру обскуру легко сделать из жестянки или еще лучше - из цилиндрической коробки от чипсов Pringles. С одной стороны иголкой прокалывается аккуратная дырочка, с другой - днище заклеивается тонкой полупрозрачной бумагой. Камера обскура готова.

Но намного интереснее делать с помощью камеры обскуры настоящие фотографии. В спичечном коробке, выкрашенном черной краской, вырезается небольшое отверстие и заклеивается фольгой. В фольге прокалывается иглой крохотная дырочка не более 0,5 мм в диаметре. Пропустим через спичечный коробок фотопленку, загерметизировав все щели, чтобы не засветить кадры. "Объектив", то есть дырочку в фольге, нужно чем-нибудь заклеивать или плотно прикрывать, имитируя затвор.

Научное объяснение

Камера обскура работает на законах геометрической оптики.

6. Проведение интегрированных уроков.

  Наиболее ярким воплощением интеграции наук, основанной на глубокой их взаимосвязи, представляется интеграция физики, математики, информатики. Такие уроки имеют самые большие возможности интеграции и реализации межпредметных связей0, т.к. интегрированные уроки — один из путей реализации ФГОС  ООО .

Данные уроки проводятся при изучении крупных тем программы или в конце учебной четверти, года ( итоговый урок). На уроках выполнятся большая проектная (исследовательская работа). На таких уроках выигрывает каждый учитель и в первую очередь сам обучающийся, которому предоставляется возможность проявить свои знания в целостном подходе к окружающему миру.

7.Использование современных компьютерных технологий.

Эффективных результатов можно добиться при организации факультатива, спецкурса, объединяющего как традиционные лабораторные работы школьного курса физики, так и работы, основанные на применении и изучении современных компьютерных технологий.

Сейчас имеется в продаже множество компьютерных проектных сред для изучения основных разделов школьно курса физики, с высокой степенью интерактивности. Наглядное отображение физического процесса при помощи анимации, графиков, таблиц, векторов помогут ученикам лучше понять новый материал, решить задачу, осмыслить лабораторную работу. Широкие возможности моделирования позволяют использовать программу практически в любом разделе школьного курса физики в 7-11кл. Использование компьютера в процессе обучения, помогает учащимся самостоятельно конструировать знания в данной предметной области и осваивать различные способы деятельности по достижению намеченных целей.

Результативность опыта.

Использование данных педагогических технологий на уроке позволило повысить уровень познавательных способностей обучающихся в сфере учебной деятельности, наблюдается повышение интереса обучающихся к предмету «Физика». Таким образом, труд, затраченный на управление познавательной деятельности с помощью использования различных форм, приемов и методов обучения, оправдывает себя во всех отношениях – он повышает качество знаний, продвигает ребенка в общем развитии, помогает преодолевать трудности, вносит радость в жизнь ребёнка, позволяет вести обучение в зоне ближайшего развития, создаёт благоприятные условия для лучшего взаимопонимания учителя и обучающихся, их сотрудничества в учебном процессе.

Ребёнок становится ищущим, жаждущим знаний, неутомимым, творческим, настойчивым и трудолюбивым в соответствии с реализацией ФГОС второго поколения. Навыки исследовательской работы школьников являются очень важной образовательно-воспитательной компонентой довузовской подготовки старшеклассников. Результатом своей работы по развитию исследовательских навыков обучающихся на уроках и во внеурочное время считаю успешное участие в различных олимпиадах и конкурсах.

Развитие современного общества невозможно без соответствующей подготовки квалифицированных специалистов, способных осваивать новые, передовые технологии, добывать новую информацию (новые знания) и использовать её для решения образовательных, производственных, социальных и других задач.

Под учебно-исследовательской деятельностью школьников понимается деятельность, связанная с поиском ответа на творческую, исследовательскую задачу с заранее неизвестным решением и предполагающая наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере.

Исследовательский метод можно определить как самостоятельное (без пошагового руководства учителя) решение учащимися новой для них проблемы с применением таких элементов научного исследования как наблюдение и самостоятельный анализ фактов, выдвижение гипотезы и её проверка, формулирование выводов, закона или закономерности.