Теоретические и методические аспекты формирования экспериментальных умений
статья по физике по теме

Теоретический и методический аспект формирования

экспериментальных умений учащихся.

    Решение экспериментальных задач опирается на ранее приобретённые экспериментальные умения и навыки. Таким образом, необходима определённая экспериментальная база, которая входит составной частью в то или иное конкретное экспериментальное умение. В некоторых случаях возможны различные варианты решения экспериментальной задачи. Хорошо сформированные умения предполагают «видение» этих вариантов, их анализ и выбор оптимального варианта.

     После нахождения общей идеи решения составляется план решения, т. е. определяется логически обоснованная последовательность этапов решения, ведущих к конечной цели. При этом возникает важная задача – определение обстоятельств, которые могут повлиять на точность экспериментального результата и устранение этих обстоятельств или возможное уменьшение их влияния на результат.

     Ещё одной важной характеристикой сформированности соответствующего экспериментального умения является умение рационально отбирать необходимые для эксперимента приборы и материалы.   В состав экспериментальных умений следует включить оценку погрешностей результата и выводы. На ранних уровнях обучения оценка погрешностей делается по-разному,  даже на первой ступени понятие о погрешности результата, приблизительной её оценки, выявление причин, от которых зависит погрешность, должны войти в состав экспериментальных умений учащихся. Без этого просто нельзя правильно оценить результат.  Итак, основные элементы, включаемые в понятие «экспериментальные умения» учащихся:

1. Знание необходимого теоретического материала и умение применять его к решению нестандартных экспериментальных задач по данной теме.
2. Наличие экспериментальных умений входящих в состав данного экспериментального умения как его  «база».
3. Умение анализировать возможные варианты экспериментального решения задачи и выбирать оптимальный вариант.
4. Умение планировать эксперимент.
5. Умение осуществлять рациональный отбор приборов и материалов.
6. Умение оценивать погрешности результата эксперимента.
7. Умение делать выводы.

Под экспериментальными навыками понимают действия, связанные с постановкой физического эксперимента, выполняемые учащимися без предварительного размышления, то есть ставшие автоматизированными вследствии многократного их применения.

    Решая любую экспериментальную задачу или выполняя экспериментальное задание учащимся необходимо придерживаться следующих правил:

1. Хорошо уяснить задачу и подумать над тем, какие возможны пути – общие идеи её решения и выбрать лучший.
2. Составить план выполнения работы и, если нужно, сделать рисунок  установки.
3. Подумать, какие обстоятельства могут повлиять на точность результатов эксперимента и постараться устранить их или хотя бы уменьшить их влияние.
4. Определить необходимые для работы приборы и материалы.
5. Собрать установку, провести эксперимент.
6. Оценить полученные результаты.
7. Сделать вывод.

В настоящее время обучение учащихся самостоятельному экспериментированию осуществляется в большей степени через проведение лабораторных работ и физических практикумов. Но и здесь выражение «самостоятельному экспериментированию» нельзя понимать буквально, поскольку выполнение учениками работ по деятельным инструкциям, как это часто имеет место, не приводит к формированию умений и навыков необходимых для действительно самостоятельного выполнения физических экспериментов. Формирование экспериментальных умений и навыков учащихся в процессе обучения физике  должно присутствовать во всех основных видах учебной работы: при объяснении учителем нового материала, при повторении и закреплении пройденного, при решении физических задач, при выполнении учащимися домашнего задания.

     Опыт показывает, очень большое значение для развития мышления учащихся, приобретение ими более глубоких и прочных знаний по физике и формирования у них экспериментальных умений и навыков имеет обсуждение с учениками процесса и подготовки эксперимента, например,  при объяснении нового материала на уроке. При этом учитель на конкретном материале знакомит учеников с важнейшими правилами постановки физических опытов, организацией физических исследований.  Выборочно наиболее подходящие для этой цели опыты следует проводить именно так. В ходе такой работы обсуждаются в последовательном порядке основные этапы экспериментального исследования и его важнейшие стороны, то есть речь идёт о правилах выполнения физических экспериментов.

    Ещё одной возможностью повышения уровня экспериментальной подготовки учащихся при объяснении нового материала является привлечение учащихся к подготовке демонстрационных опытов. Известно, что  некоторые ученики с удовольствием готовят демонстрационные опыты и помогают учителю  при подготовке лабораторных занятий. Работа для них становится в особенности интересной и полезной, если учитель предлагает им готовить опыты не только по описаниям, но и самостоятельно разрабатывать варианты опытов, конструировать физико-технические установки. Совершенствовать приборы в каком либо заданном отношении и т. д. А так же выступить перед классом с показом опытов и их объяснением. Их экспериментальные умения и навыки быстро развиваются при выполнении таких работ , как и их творческие способности и логическое мышление. Работа учеников оценивается особенно поощряются те, кто проявляет инициативу, самостоятельность и творчество при разработке и подготовке опытов. Не все физические демонстрации позволяют раскрыть перед учащимися процесс постановки опыта, но там где это возможно делать это нужно – привлекать учащихся к формированию цели демонстрации, отысканию общей идеи опыта, подбора необходимых приборов и материалов.

   Различные виды повторения на уроках раскрывают различные возможности для организации работы по формированию у учащихся экспериментальных умений. При фронтальном опросе нет условий для формирования у учащихся экспериментальных умений. При индивидуальном опросе имеется немало возможностей для организации работы по формированию у учащихся данных умений. Если систематически включать в этот вид повторения вопросы и задания, связанные с воспроизведением ранее показанных опытов и проектированием на их основе вариантов этих опытов, то экспериментальная «база», на основе которой формируются экспериментальные умения учащихся, может быть значительно расширена.  При первичном повторении и закреплении материала основная задача – уяснение и закрепление только что пройденного. Если при объяснении и использовался эксперимент, то он обычно воспроизводится при первичном повторении в том же виде, в каком был показан учащимся. Главная цель- убедиться в том, что все ученики поняли идею опыта и выводы из него. Таким образом, здесь  возможностей для работы над формированием экспериментальных умений у учащихся не так много. Но всё же они есть.

 Повторение темы, раздела или всего курса в значительной мере может быть построен на основе воспроизведения основных демонстрационных опытов, использовавшихся при изучении материала, а так же на основе экспериментальных задач. Опыт показывает, что такой способ повторения материала во многих случаях оказывается очень эффективным, поскольку он позволяет организовать повторение материала в увлекательной форме, контактно, с чётким выделением важнейших вопросов и на основе активной мыслительной работы учащихся.

Структура деятельности учителя при подготовке такого типа повторения следующая:

1. Выделяются важнейшие теоретические предположения, физические понятия, явления, законы, формулы, основы физических теорий, изученные при прохождении материала, который предстоит повторить.
2. Определяют основные типы задач, которые должны уметь решать учащиеся, и составляются конкретные экспериментальные задачи.
3. В соответствии с целями и задачами повторения отбираются необходимые приборы и материалы, и разрабатываются демонстрационные установки.
4. Продумывается последовательность действий на уроке и расположение оборудования на демонстрационном столе.
5. Перед уроком все приборы и установки проверяются.

При проведении повторения по описываемой системе могут быть использованы следующие основные виды заданий для учащихся:

1. Продемонстрировать физическое явление или закон.
2. Объяснить явление.
3. Предсказать явление. Правильность предсказания пролверяется опытом.
4. Решить задачу.
5. Составить задачу на заданную учителем тему.

   Формировать экспериментальные умения и навыки учащихся нужно в процессе решения физических задач. Для того чтобы, решение экспериментальных задач эффективно способствовало формированию у учащихся экспериментальных умений и навыков, необходимо, чтобы  эти задачи включали в себя те элементы экспериментальных исследований: поиск общих идей решения, планирование отдельных его этапов, учёт обстоятельств, которые могут повлиять на результаты исследования, поиск путей устранения или «смягчения» этих обстоятельств, рациональный отбор приборов и т.д. На уроках повторения задача развития интеллекта учащихся, их творческих способностей не стоит так остро, как на уроках решения задач, поскольку главная цель уроков повторения, закрепления в памяти учащихся физических знаний и, в первую очередь, важнейших базовых знаний. Для уроков повторения экспериментальные задачи составляются учителем с таким расчётом, чтобы, в первую очередь восстановить или закрепить в памяти учащихся основные «базовые», знания, поэтому существенно новые задачи, требующие большого умственного напряжения и значительной затраты времени, здесь применять нецелесообразно. На уроках же, посвященных только решению задач, варьирование задач, их разумное усложнение, усиление их творческого содержания является желательным и необходимым  так как главная цель этих уроков развитие логического и творческого мышления учащихся. Рассмотрение вопросов, неизбежно возникающих при решении реальных жизненных экспериментальных задач, размышление над этими вопросами фактически уже означает обучение учащихся «науке экспериментирования», формирует определённые  экспериментальные умения. Следя за ходом размышлений учителя и всего класса при решении задач и соответствующими практическими действиями, каждый ученик постепенно набирается опыта решения экспериментальных задач, приобретая тем самым определённые умения, даже если непосредственного активного участия в этом процессе и не принимает.  На уроках решения экспериментальных задач появляется возможность осмысливать и отрабатывать основные «правила» экспериментирования. Но и рассматривать с учениками наиболее сложные задачи, ориентированные на углублённое изучение материала  и на интенсивное развитие мыслительной деятельностиучащихся, их способностей. Для совершенствования экспериментальных знаний и умений учащихся на уроках решения задач, далеко недостаточно просто чаще  использовать экспериментальные задачи. Надо применять следующую методику их решения :

1. Включать  в рассмотрение весь комплекс вопросов, связанных с решением экспериментальных задач (поиск общих идей и возможных вариантов решения с последующим выбором  оптимального варианта; осуществление рационального подбора приборов; проведение расчёта установок с целью предупреждения порчи приборов; учет влияния различных факторов на точность результатов эксперимента и тому подобное); в этом случае ученики будут приобретать практически очень важные экспериментальные умения, которые в настоящее время они в школе не получают;
2. Шире использовать задачи, требующие для решения системного анализа и синтеза многосторонних причинно-следственных связей между различными сторонами явлений, наблюдаемых при выполнении соответствующих экспериментов; кроме того, как показывает опыт, очень полезно привлекать учащихся к подготовке и демонстрации экспериментальных задач, а в некоторых случаях и к их составлению.

    Рассмотренные выше способы повышения уровня экспериментальной подготовки учащихся по физике, главным образом, ориентированы на формирование экспериментальных умений и формирование экспериментальных навыков. Лабораторные работы – почти единственный вид учебной деятельности учащихся, в ходе которой систематически и целенаправленно  отрабатываются и совершенствуются не только умения, но и экспериментальные навыки учащихся. Кроме того, это единственный вид деятельности, где не отдельные ученики, а все учащиеся класса самостоятельно выполняют физический эксперимент по строго определённой программе и в течение всего урока. Поэтому в формировании экспериментальных умений и навыков учащихся лабораторные работы играют особую, первостепенную роль.

    Р.И. Малафеевым  представлена суть методики эффективного повышения уровня экспериментальных умений и навыков учащихся при проведении  лабораторных работ:

1. Ученики получают не одно, как обычно, а несколько заданий. Первое задание не сложное, требующее от учащихся только знание основного материала и умение применять его в стандартной ситуации. Этим заданием проверяется уровень «базовых» знаний и умений учащихся, как правило его выполнение гарантирует удовлетворительную оценку, если задание выполнено самостоятельно.

2. Следующее задание располагается в порядке возрастания сложности, причём они подбираются с таким расчётом, чтобы, выполняя их, ученики приобретали какие-либо новые знания и умения если открывали для себя новые стороны в изучаемых явлениях. В большенстве случаев число заданий включаются и творческие задания, требующие от учащихся поиска нестандартной, оригинальной идеи решения.

3. В зависимости от содержания работы ученикам либо предоставляет право свободного выбора заданий, либо первое задание является обязательным для выполнения, а остальные выполняются по выбору.

4. При оценки работы учитываются: а) её объём; б) сложность выполненных заданий; в) степень самостоятельности учащихся; г) правильность и рациональность предложенных решений; д) качество оформления отчёта.

5. За выполнение наиболее сложных, творческих заданий может быть поставлена дополнительная оценка.

6. Иногда  применяется так называемая «уровневая»  система оценок. Такая система является более гибкой и объективной в сравнении с пятибальной.

     Повышение уровня знаний выпускников общеобразовательных учебных заведений, эффективности учебного процесса, требует внедрения в практику школы лабораторного оборудования, отвечающее современным требованиям. Одно из перспективных направлений создания лабораторного оборудованиясвязано с использованием простого и компактного лабораторного оборудования малых размеров. Применение в учебном процессе такого лабораторного оборудования имеет определённые преимущества, а именно – большую организованность эксперимента, экономию занимаемой площади и потребляемой электроэнергии. Дидактические преимущества простого и компактного оборудования связаны с возможностью индивидуального выполнения эксперимента.   Кроме того, сложная аппаратура часто отвлекает внимание учащихся и затрудняет понимание сути явлений.

  Существенные удобства в использовании лабораторного оборудования достигаются при его компоновке в наборы, обеспечивающие провидение ученического эксперемента по темам или разделам школьного курса учебной дисциплины в соответствии с действующими программами обучения. При этом модули имеет специальную конструкцию, допускающую  их использование не только для хранения оборудования между занятиями, но и для сборки экспериментальных установок на уроках. Конструктивное исполнение тематических наборов обеспечивают возможность учащимся индивидуально собирать учебные экспериментальные установки разной степени сложности. Последнее способствует развитию личности учащихся, их познавательных и созидательных способностей.

        В формировании у учащихся экспериментальных умений могут играть большую роль домашние экспериментальные задания. В понятие «экспериментальные умения» входят не только практические умения, но и теоретические, к которым относятся поиск идей экспериментального решения проблемы, составление конкретного плана действий, определение обстоятельств, от которых зависит успех работы. И это первая теоретическая часть решения любой экспериментальной задачи является важнейшей.

  Виды домаших экспериментальных заданий в зависимости от характера заданий, охвата учащихся по организации их деятельности:

1. Задания предусматривающие только теоретическую разработку эксперимента.
2. Такого же рода задания, но с выполнением и экспериментальной части отдельными учениками.
3. Индивидуальные задания только для интересующихся учащихся с целью развития их интереса и творческих способностей
4. Индивидуальные задания для отстающих учащихся, не проявляющих интереса к физике. Их цель – пробуждение первоначального интереса к предмету и веры в свои силы и возможности.
5. Задания для желающих предлагаются с целью развития интереса к экспериментальной творческой работе у широкого круга учащихся, расширение их кругозора, постепенного определения своего призвания.
6. Экспериментальные задания для всего класса, включающие в себя нахождение идеи решения, полную разработку и её практическую реализацию. Предъявляются с целью формирования экспериментальных умений и навыков у всех учащихся класса.