Мастер-класс по теме "Роль эксперимента в повышении качества знаний учащихся по физике"
методическая разработка по физике на тему

               МОУ «Мочильская средняя общеобразовательная школа»

                        Серебряно-Прудского района Московской области

                                      Мастер-класс по теме

«Роль эксперимента в повышении качества знаний учащихся по физике.

Демонстрационное оборудование нового поколения».

                                                На первой ступени обучения физике надо вообще  

                                                       исключить всё, кроме экспериментальной стороны,

                                                       представляющей наглядный интерес. Красивый  

                                                       эксперимент сам по себе гораздо ценнее, чем тридцать

                                                       формул, добытых в реторте отвлечённых мыслей.

                                                                                                                 А.Эйнштейн

                                                                                                                Вяткина

                                                                                                                Ирина Анатольевна

                                                                                                                 учитель физики

                                                                                                                 МОУ «Мочильская СОШ»

                                                                                                                 Серебряно-Прудского р-на

                                                                                                                  Московской области

                                                                      2016 г

 Цель демонстрационного эксперимента – повышение качества знаний учащихся.

 В методике преподавания физики со времён М.В. Ломоносова наглядность в процессе обучения обеспечивается, в первую очередь, демонстрацией физических опытов.

                                                На первой ступени обучения физике надо вообще  

                                                       исключить всё, кроме экспериментальной стороны,

                                                       представляющей наглядный интерес. Красивый  

                                                       эксперимент сам по себе гораздо ценнее, чем тридцать

                                                       формул, добытых в реторте отвлечённых мыслей.

                                                                                                                 А.Эйнштейн

  Никто не сомневается в том, что если не присутствие демонстраций на каждом уроке, то наличие ярких живых опытов должно украшать курс физики, показывать его истоки, повышать мотивацию к изучению предмета и, следовательно, качество знаний учащихся.

  Современный урок физики невозможно представить без физического эксперимента.

   Использование эксперимента на уроках применяется при:

   - формировании новых знаний;

  - формировании физических понятий;

  - показе физических явлений;

  - показе связей между изучаемыми явлениями;

  - подготовке к ГИА и сдаче ЕГЭ.

    Но как бы ни был интересен физический опыт с точки зрения яркости, выразительности демонстрируемого явления, как бы ни казался он важным для правильного понимания физики, каким бы ни был он значительным, он будет не более чем забавным, развлекательным, если окажется  вырванным или искусственно приложенным к контексту изложения учебного материала. Таким образом, при проведении демонстраций я руководствуюсь основным положением в методике демонстрационного эксперимента - принципом соответствия содержания демонстрационного опыта содержанию учебного материала. («лучше меньше да лучше»).

  Вторым исходным положением демонстрационного эксперимента следует назвать принцип возможности осуществления демонстрационного опыта в школьных условиях. Причём важным фактором осуществления демонстрационного опыта является возможность обеспечения безопасного демонстрирования.  

Кабинет физики нашей школы обеспечен материальными ресурсами, в 2009 году был получен полнокомплектный кабинет – типовой комплект учебного и учебно-наглядного оборудования для кабинета физики, но энергетических  ресурсов нам не хватает, класс не оснащён электропроводкой (энергетические мощности – 12 В блок-адаптер и 4,5 В батареи), поэтому максимально использовать возможности школьного физического кабинета на практике весьма затруднительно, использовать новое оборудование в полном объёме (особенно по электричеству, оптике) невозможно.

 Практика развития этих двух направлений в методике преподавания физики – принципа соответствия и принципа возможности осуществления -  сформировала несколько подходов к решению этой проблемы:

1. Выборочные демонстрации на стандартном оборудовании и по сопровождающим его методикам, разработанным ещё в советское время.
2. Разработка цельных тематических наборов отдельными фирмами-разработчиками.
3. Создание собственных приборов и комплектов из отдельных блоков универсального оборудования, имеющегося в розничной продаже.
4. Самоделки учеников под руководством учителя и демонстрации их на уроке.
5. Замена экспериментов видеофрагментами опытов.

  Комплект демонстрационного оборудования.

Цельный комплект демонстрационного оборудования был разработан в советской школе коллективом под руководством А.А.Покровского и изложен в двух томах книги «Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы ч.1 ч.2».

Позже многие демонстрации были модернизированы и дополнены новыми (см. Шахмаев, Шилов «Физический эксперимент в средней школе: Механика. Молекулярная физика. Электродинамика», Шахмаев, Павлов «Физический эксперимент в средней школе», Хорошавин С.А. «Физический эксперимент в средней школе» и др.)

 В настоящее время оборудование распространяется независимыми коммерческими («Московский учколлектор №1», «Природа у школы», «Светоч») и государственными организациями («Росучприбор»).

  Перечни оборудования из этого классического комплекта, которое реально производится и продается, можно найти на сайтах этих компаний и в книгах, выпущенных недавно:

1. «Иллюстрированный каталог учебного оборудования для школ, ч.1» под ред. Марголина, изд. «Варсон», 2003;
2. «Учебное оборудование для кабинетов физики общеобразовательных учреждений» под ред. Г.Г.Никифорова. – М: Дрофа, 2005.

и т.д.

Во второй книге содержатся цветные фотографии оборудования, проведена систематизация оборудования, имеются методические рекомендации по их использованию. Достоинство её и в том, что в неё включены разработки демонстрационного оборудования нового поколения, использующего в том числе для проведения опытов цифровые датчики.

 Основной проблемой при использовании первого направления организации демонстраций является квалификация учителя (институт квалифицированных лаборантов, получающих ещё более мизерную зарплату, чем учитель, уже давно вымер в стране) и необходимость поддерживать оборудование в рабочем состоянии, поскольку система сервиса не решена ни на уровне школ, ни на уровне фирм-поставщиков.

  Тематические наборы оборудования предполагают, что при покупке поставляется и оборудование и измерительная техника, методика проведения демонстраций. Наиболее интересны в этом смысле наборы по механике, термодинамике и волновой оптике, разработанные фирмой L-микро и производимые филиалом «Росучприбор».

  С комплектом «Механика», например, можно провести 14 демонстраций по кинематике, динамике, законам сохранения и колебаниям, при этом 5 из них выполняются с использованием компьютерной измерительной системы, включающей оптоэлектронный датчик положения тела и скамьи с тележками на магнитной подвеске. Так, например, при изучении равноускоренного движения можно построить график зависимости скорости тележки от времени. Для этого скамья крепится наклонно на магнитах к школьной магнитной доске, над ней устанавливаются два оптоэлектронных датчика в виде ворот, под которыми проезжает тележка с укреплёнными на ней стержнями. В момент проезда стержня под «воротами» стержень заданного диаметра перекрывает луч светодатчика и компьютер, который через АЦП соединён с датчиком, регистрирует начало перекрывания и длительность перекрывания луча.

  В результате длительность перекрывания при проезде под первыми воротами даёт возможность рассчитать начальную скорость v0, разница между началом перекрывания первого и второго датчика – время равноускоренного движения.

  Учитель при этом работает по строго заданному методикой проведения демонстрации плану:

1. измерение промежутков времени, в течение которого стержень на тележке находился в створах оптоэлектронных датчиков (t0, t1) и время движения между датчиками t;
2. изменение положения второго датчика и повторная съёмка ещё при 4 положениях датчика;
3. формирование таблицы для 5 пусков;
4. расчёт скорости движения v мимо второго датчика в 5 пусках (может быть проведен школьниками самостоятельно);
5. построение графика зависимости v(t) (может быть проведён школьниками самостоятельно).

  В комплекте по молекулярной физике и термодинамике за счёт использования термопарных датчиков температуры можно продемонстрировать нагревание газа при адиабатном сжатии, нагревание свинцовой пластинки при ударе по ней молотком, конвекционные потоки в жидкости. Использование встроенных в крупный шприц датчиков давления и объёма позволяет в считанные минуты получить на уроке на мониторе компьютера экспериментальный график изотермического процесса, график циклического процесса, сравнить их с теоретическими кривыми.

   Применение компьютера в эксперименте.

  Надо отметить, что персональные компьютеры в настоящее время стали неотъемлемой частью учебного процесса. При изучении физики компьютер расширяет возможности эксперимента, моделирование физических процессов позволяет учащимся приобщиться к научному творчеству и использовать компьютерные модели как модели нового типа, что является мощным фактором для развития интереса к физике. Но так называемые «компьютерные эксперименты» вызывают всё больше дискуссий по поводу представлений учащихся о естественнонаучном познании.

 Однако оборудование «Лаборатория L- микро» переводит демонстрационный физический эксперимент на принципиально новый уровень именно благодаря применению компьютера в эксперименте как средства измерений при исследовании реальных физических процессов и явлений.

  Комплект по волновой оптике не использует компьютерную систему, однако, наличие в нём лазерного источника света с регулируемой яркостью, закреплённого на магнитном держателе, а также наличие поляризатора, бипризмы Френеля, пластины с малыми отверстиями, дифракционной решётки, призмы, также укрепляемых на магнитном держателе, позволяет быстро собрать оптическую систему на магнитной доске и продемонстрировать основные опыты по волновой оптике (поляризация, интерференция, дифракция, дисперсия).

   При изучении оптических явлений можно успешно использовать лазерный луч, который слабо рассеивается (поглощается) в средах, имеющих малую плотность. Для проведения физических опытов в комплект оборудования можно включить следующее: источник лазерного излучения (обычные лазерные указки), кювета, задняя стенка которой заклеена чёрной бумагой, набор зеркал, набор прозрачных плёнок (транспортирная сетка), набор по оптике.

  Являясь носителем учебной информации, убедительный своей объективностью, выразительный своей образностью, экономный по затратам учебного времени, впечатляющий, а потому легко запоминающийся, демонстрационный эксперимент активно формирует знания учащихся.

 Набор для демонстрации электрических полей позволяет провести демонстрационный эксперимент при изучении раздела «Электростатика»:

1. Свойства силовых линий электростатического поля (плотность силовых линий пропорциональна напряжённости электрического поля);
2. Электрическое поле заряженного проводника (линии незамкнуты, они начинаются и заканчиваются на зарядах);
3. Электрическое поле двух заряженных проводников (силовые линии не пересекаются в пространстве);
4. Однородное и неоднородное электрическое поле.

  Перед демонстрацией опытов ученикам поясняют принцип получения картин силовых линий электрических полей, основанный на наблюдении мелких частиц диэлектрика, взвешенных в вязкой прозрачной жидкости. На поверхности кусочков диэлектрика под действием электрического поля заряженных электродов возникают электрические заряды. В результате взаимодействия зарядов разных кусочков друг с другом, а также из-за действия на них внешнего поля частицы выстраиваются в цепочки, по виду которых и судят о форме силовых линий

Фронтальные лабораторные работы.

  Среди разнообразных форм обучения особое место занимают фронтальные лабораторные занятия.

     Фронтальный метод лабораторных занятий имеет ряд весьма важных положительных сторон:

     связь лабораторных занятий учащихся с изучаемым курсом;

    связь демонстрационных опытов с самостоятельно выполняемыми учащимися    лабораторными работами.

 Благодаря фронтальному методу лабораторные занятия могут быть поставлены как:

    - введение к той или иной теме курса;

    - иллюстрация к объяснению учителя;

    - повторение и обобщение пройденного материала;

    - контроль приобретённых знаний и умений.

 Фронтальные занятия позволяют включать в поиск той или иной задачи одновременно весь класс, что в значительной степени активизирует мыслительную деятельность учащихся. Таким образом, лабораторный эксперимент становится необходимым звеном в процессе обучения, значительно помогающим более глубокому усвоению материала. Кроме того, фронтальные  лабораторные занятия дают возможность в конце урока коллективно обсудить и оценить результаты, полученные каждой группой учащихся.

  Использование физического эксперимента – важнейшее условие эффективности учебного процесса. Эксперимент является основой принципа наглядности, базой для формирования практических умений, способом отражения экспериментального характера физической науки.

 Роль эксперимента:

  - развитие наблюдательности;

 - развитие образного мышления;

 - развитие умения делать обобщения на основе наблюдаемых фактов;

 - формирование новых знаний;

 - предвидение хода наблюдаемого процесса;

 - привитие практических умений обращения с приборами.

   Вместе с тем образовательный стандарт по физике ориентирует учителя на организацию учебного процесса, в котором ведущая роль отводится самостоятельной деятельности учащихся. Это принципиально изменяет роль, место и функции эксперимента в организации учебного процесса: эксперимент – не только средство обучения, но и основа для освоения учащимися естественнонаучного метода познания в единстве его экспериментальной и теоретической компонент. Для этого я больше организовываю такие виды деятельности, как наблюдение и объяснение физических явлений, проведение экспериментальных исследований, решение экспериментальных задач.

   Использование видеоматериалов.

  Для всех учителей очевидна значимость живого эксперимента на уроках физики, но очевидно также, что некоторые демонстрации для школы недоступны, кроме того, есть научно-популярные фильмы, показывающие связь с жизнью. Поэтому было бы замечательно дополнить эксперимент видеоматериалами. Я использую видеоклипы с диска «Физика. 7-11 кл. Практикум». Физикон часть 2, на котором представлены видеофрагменты по различным разделам физики:

 электричество, магнетизм – 20 клипов; механика – 27 клипов; оптика – 12 клипов;

теплота – 14 клипов.

  Что вызывает устойчивый интерес у учащихся 7-9 кл., где физика преподаётся 2 часа в неделю. Тем более современное поколение знакомо с компьютером раньше и лучше нас и вполне обоснованное внедрение информационных технологий привело к появлению новых образовательных технологий и форм обучения, базирующихся на электронных средствах обработки и передачи информации, которые требуют особых форм и методов преподавания, инновационных подходов к процессу обучения, которые мы должны осваивать в  свете современных требований.

Фронтальные лабораторные работы по молекулярной физике и термодинамике.

Тематика: исследование процессов перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое и обратно; изучение изопроцессов, образование кристаллов, калориметрия.

 Работа 8. Наблюдение образования кристаллов.

Цель работы: наблюдать процесс перехода тела из жидкого состояния в кристаллическое.

Оборудование: пакетик с натриевой солью, пробирка.

Дополнительное оборудование: сосуд с горячей водой (один на класс).

   Для проведения работы необходимо подготовить сосуд с горячей водой.

   Работу начинают с того, что натриевую соль (вещество розового цвета) пересыпают из пакетика в пробирку. Причём несколько кристалликов оставляют в пакетике. Затем пробирки со всех рабочих мест собирают и помещают в горячую воду для того, чтобы вещество расплавилось. При температуре горячей воды около 70⁰ С плавление длится 3-5 минут.

  Пробирки с расплавленным веществом передают ученикам. Спустя 2-3 минуты в расплав помещают 3-4 кристаллика, играющих роль затравок. После того, как жидкость охладится до температуры кристаллизации, наблюдают за ростом кристаллов вокруг затравок. Необходимо обратить внимание, что кристаллы образуются не только на затравках. Центрами кристаллизации являются так же примеси и неоднородности поверхности пробирки.

  Завершив наблюдение, соль снова плавят, охлаждённый расплав переливают в пакетик для хранения.