Самостоятельная экспериментальная работа школьников
учебно-методический материал по физике (10, 11 класс) по теме

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ  САРАТОВСКОЙ  ОБЛАСТИ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ПОВОЛЖСКИЙ КОЛЛЕДЖ ТЕХНОЛОГИЙ И МЕНЕДЖМЕНТА

Организация внеаудиторной самостоятельной

экспериментальной работы студентов

                              Преподаватель физики высшей квалифицированной категории

                                                                           Александрова Наталья Викторовна

г.БАЛАКОВО

2013

Содержание

     Введение. Пути формирования компетентности при обучении физике.

1. Организация самостоятельной индивидуальной экспериментальной работы студентов.
2. Примеры письменной инструкции.
3. Цикл экспериментальных исследовательских работ «Познай самого себя».
4. Классификация экспериментальных задач.
5. Структура исследовательской деятельности студентов.

    Заключение. Значение экспериментальных задач.

                                                                              Важнейшая задача цивилизации

                                                                                  научить человека мыслить.  

                                                                                                                                Эдисон.

            Введение. Пути формирования компетентности при обучении физике

         Одним из приоритетов в содержании образования является формирование основных умений и навыков исследовательской деятельности студентов. Физика, как одна из дисциплин естественного-научного цикла, имеет большие возможности обучения основам научных методов исследования. Для этого нужно превратить образовательный процесс в деятельность не только педагога, но и самого студента.

       Формирование компетентности возможно лишь в практических ситуациях. Соответственно учебный план должен быть составлен таким образом, чтобы учебный процесс предполагал практические действия студентов. Каждый преподаватель по своему усмотрению обогащает этим содержание учебного материала, предусмотренного программой. При этом он чаще всего руководствуется личным опытом или просто интуицией. В каких формах это возможно?  Для естественно-научных дисциплин – это разного рода экспериментирование. Действуя в ситуации, студент не только овладевает действием (т.е. учится действовать определенным образом), но и приобретает опыт действия относительно разнообразных условий. Сказанное означает, что современное образование должно быть ориентировано на проектирование учебно-практических ситуаций. В них студент  действует известным ему способом относительно неизвестных ему условий, предполагая получить некоторый результат. Далее происходит сопоставление действия, условий действия и полученного результата.

      Поставленные задачи модернизации образования могут быть решены на разных уровнях. В традиционный учебный процесс могут быть включены типы деятельности, адекватные задачам формирования способности к практическому действию. Речь идет о физических практикумах и о разнообразной опытно-экспериментальной работе. Но и они перегружены теоретическим материалом, требующим простого  «усвоения».

        Особое место занимают экспериментальные задачи. К экспериментальным задачам (ЭЗ) относятся такие физические задачи, постановка и решение которых органически

 связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами и т.п.

       Большинство таких задач строится так, чтобы в ходе решения студент сначала высказал предположения, обосновал умозрительные выводы, а потом проверил их опытом. Такое построение вызывает у ребят большой интерес к задачам и при правильном решении большое удовлетворение своими знаниями.

1. Организация самостоятельной экспериментальной деятельности студентов

        Мне, как преподавателю, особо нравится использовать ЭЗ  в качестве домашнего задания, т. е. организовывать внеаудиторную самостоятельную экспериментальную работу студентов. Специально подбираю задания, рассчитанные на использование очень простого оборудования. Использую экспериментирование при обучении физике студентов 1 и 2 курсов. Приучаю их комплексно подходить к выполнению задания, грамотно выполнять эксперимент, обобщать и делать выводы, составлять отчет о выполнении работы. Студенты заводят специальную папку с файлами, в которую подшивают отчеты по выполнению работ. На выполнение и оформление работы отвожу некоторое время – например неделю. Объявляя об очередном ЭЗ, формулирую ее цель и задачи. Иногда сразу же предлагаю обсудить способы выполнения работы, о сложностях, особенностях с которыми можно столкнуться. Чаще предлагаю студентам сначала подумать о методах решения задачи дома, а на следующее занятие отвожу время для обсуждения возможных решений, об их рациональности, о точности и погрешностях. К некоторым задачам предлагаю краткое описание одного возможного варианта выполнения, особенно если в работе есть несколько заданий. Приветствую и  «поощряю» нахождение своего пути решения задания, его небольшое изменение или усложнение. Ко многим задачам предлагаю дополнительные задания, что тоже влияет на оценку. Все это позволяет индивидуализировать учебный процесс с учетом способностей студентов. После проверки отчетов  полезно обсудить различные варианты решений и полученные результаты. Это способствует раскрытию существенных связей между изучаемыми явлениями и их обобщению. Поэтому предлагаю отдельным студентам рассказать о полученных результатах, что развивает логическое мышление, приучает их к анализу фактов. Бывает так, что я вместе со студентами корректирую полученный результат, отделяя существенное от второстепенного, помогаю сделать или сформулировать правильные выводы.

       Учет выполнения ЭЗ, обсуждение полученных результатов показывает мне картину конкретных знаний, умений и навыков студентов. Выслушивая ответы о результатах работы, я фактически провожу опрос и потому оцениваю и эту работу на занятии. Это стимулирует их к более ответственному выполнению ЭЗ.

2.Примеры письменных инструкций

         Вычисление работы и мощности электрического тока в лампе накаливания.

 Приборы и материалы: лампа накаливания.

 Порядок выполнения работы.

1. На цоколе электрической лампы написаны значения рабочего напряжения и силы                                  

тока. Используя их, вычислите:

          а) работу электрического тока в лампе за 10 с;

          б) мощность тока в лампе;

          в) сопротивление нити накала лампы.

2. Ответьте на вопросы:

          а) Какие превращения энергии происходят в замкнутой электрической цепи?

          б) На всех ли участках цепи ток совершает работу?

          в) Назовите основные части лампы.

          г) Рассмотрите и опишите способ соединения концов нити с цоколем лампы.  

      Вычисление выигрыша в силе инструментов, в которых применён рычаг.

Приборы и материалы: ножницы, кусачки, плоскогубцы, секатор, измерительная лента                 Порядок выполнения работы.

1.Ознакомьтесь с устройством инструмента, в котором применён рычаг: найдите ось

   вращения, точки приложения сил.

2. Измерьте плечи сил.

3. Вычислите примерно, в каких пределах может изменяться выигрыш в силе при          

    использовании данных инструментов.

4. Результаты измерений и вычислений запишите в тетрадь.

5. Ответьте на вопросы:

   а) Как нужно располагать разрезаемый материал в ножницах?

   б) Как нужно держать кусачки в руке, чтобы получить наибольший выигрыш в силе?

    3. Цикл экспериментальных исследовательских работ «Познай самого себя»

       Обычно ЭЗ увязывают с проходимым учебным материалом, что дополняет его, но возможно объединение экспериментальных задач в определённый цикл под одним названием.

      Например, мною используется цикл  ЭЗ под названием «Познай самого себя». Человек – часть природы, и его тело подчиняется тем же законам физики. Сократовское «Познай самого себя» нами понимается, в том числе, как познай своё тело и те физические законы, которым оно подчиняется. Практические работы по изучению своего тела вызывают неподдельный интерес студентов. В этот цикл ЭЗ могут входить следующие работы:

1. Вычислите объём своего тела.
2. Определите площадь поверхности своего тела.
3. Определите силу давления атмосферы  на своё тело.
4. Определите среднюю длину своего шага.
5. Определите среднюю скорость своего движения.
6. Определите давление своего тела на опору.
7. Определите работу и мощность рук.
8. Определите механическую энергию при прыжке в высоту.
9. Определите среднюю мощность, развиваемую при приседании.

                         4. Классификация экспериментальных задач.

     ЭЗ можно разделить на качественные и количественные. В решении качественных задач отсутствуют числовые данные и математические расчеты. В этих задачах от студента требуется или предвидеть явление, которое должно совершиться в результате опыта, или самому воспроизвести физическое явление с помощью каких-либо приспособлений.    

     При решении количественных  задач  сначала  производят  необходимые измерения, а  

затем, используя полученные данные, вычисляют с помощью математических формул ответ задачи.

         По месту эксперимента, по степени его участия в решении ЭЗ можно разделить на группы:

1. Задачи, в которых для получения ответа приходится либо измерять необходимые физические величины, либо использовать паспортные данные приборов.

Пример: Используя паспортные данные всех потребителей электрической энергии в вашей квартире, определить, на какую силу тока должны быть рассчитаны предохрани-

тели, если все потребители будут включены одновременно. Сопротивление подводящих

проводов не учитывать.

1. Задачи, в которых студенты самостоятельно устанавливают зависимость и взаи-

мосвязь между конкретными физическими величинами.

Пример1: Используя масштабную линейку, определить давление кирпича на горизонтальную поверхность стола для каждого из трёх возможных положений. Плотность кирпича – 1,5 г/.             

Пример 2: Определить объём и площадь поверхности своего тела.

       3.Задачи, в условии которых дано описание опыта, а студент должен  предсказать                        

 его результат.

Пример 1: Капнув на поверхность воды маслом, определите до какой толщены масляная                                                      

                 плёнка будет растекаться?                  

Пример 2: Начертить упрощённую схему квартирной электропроводки.

          4.Задачи, в которых студент должен с помощью перечисленных приборов и принад-

    лежностей показать конкретное физическое явление без указания на то, как это сделать.      

    Решение таких задач требует творческого мышления и  смекалки.                                                          

Пример: Используя  линейку и стакан с водой, вычислите давление жидкости на дно

               и стенки сосуда.

      5. Задачи на глазомерное определение физических величин, с последующей экспери-     ментальной проверкой правильности ответа.

Пример: Определите относительную влажность атмосферного воздуха без использования специальных измерительных приборов (психрометров и гигрометров).

    6. Задачи с производственным содержанием, в которых решаются конкретные прак-тические вопросы.

Пример: Определите центры тяжести различных плоских фигур.

      Такая классификация задач условна, тем не менее, она поможет преподавателю более целенаправленно подбирать задачи для занятия.

       В результате решения исследовательских задач студент «открывает» для себя новое знание об объекте исследования, способе или средстве исследовательской деятельности.

5.Структура исследовательской деятельности студентов

     В структуре исследовательской деятельности студентов в соответствии с логической последовательностью их действий можно выделить следующие этапы:

     1. Анализ фактов, явлений, их связей и отношений.

     2. Осознание исследовательской задачи (учебной проблемы), цели исследования.

     3. Формулировка конечной и промежуточных целей в решении ЭЗ.

     4. Выдвижение предположения, гипотезы решения ЭЗ.

     5. Решение исследовательской задачи путём теоретического обоснования и доказа-

         тельства гипотезы.

     6. Практическая проверка правильности решения исследовательской задачи.

     Отмечу, что не все задачи требуют выполнения всех шести этапов исследовательской деятельности.

Заключение. Значение экспериментальных работ.

         Экспериментальные задачи–исследования требуют времени на подготовку и решение, а также наличия у преподавателя и студентов навыков в постановке эксперимента. Однако решение таких задач положительно влияет на качество преподавания физики. Из числа основных достоинств ЭЗ можно отметить следующие:

        1. ЭЗ способствуют повышению активности студентов на уроках, развитию логического мышления, учат анализировать явления, заставляют напряженно        думать, привлекая все свои теоретические знания и практические навыки, полученные на занятиях.

         2.Экспериментальные задачи помогают раскрытию практической направленности физических знаний и теоретические книжные положения приобретают реальный смысл. Решение таких задач способствует получению студентами прочных, осмысленных знаний, умений пользоваться этими знаниями на практике, в жизни, т.е. общих и профессиональных компетенций.

         3.Самостоятельное решение студентами экспериментальных задач способствует активному приобретению умений и навыков исследовательского характера, развитию творческих способностей. Здесь им приходится составлять план решения задачи, определять способы получения данных, самостоятельно собирать установки и приспособления, отбирать и даже «конструировать» нужные приборы для воспроизведения того или иного явления.

         4.Разбор задач воспитывает у студентов критический подход к результатам измерений, привычку обращать внимание на условия, при которых производится эксперимент. На практике они убеждаются, что результаты измерений всегда приближенны, что на их точность влияют различные причины.

         5.Экспериментальные задачи помогают студентам лучше решать расчетные, решение которых часто сводится к подстановке чисел, данных в условии, в формулы без уяснения физического смысла задачи. Задачи-эксперименты обычно не имеют всех данных, необходимых для решения. Поэтому студенту приходится сначала осмыслить физическое явление или закономерность, о которой говорится в задаче, выявить, какие данные ему нужны, продумать способы и возможности их определения, найти и только на заключительном этапе подставить в формулу, что студент делает уже вполне осмысленно.                                                            

         Использование ЭЗ при обучении физике трудно переоценить, но и самоцелью это не должно быть. Любой преподаватель ищет способ заинтересовать, увлечь ребят вопросами дисциплины или каким-то видом деятельности. Я очень рада, видя увлечённость, любопытство и удивление ребят, которые они проявляют. Известно образное выражение Луи де Бройля о том, что современная наука – «дочь удивления и любопытства, которые всегда являются скрытыми движущими силами, обеспечивающими её непрерывное развитие».