Обучение учащихся методам исследования физичкских явлений при изучении школьного курса физики
статья по теме

МБОУ Черемуховская СОШ

Подготовила: учитель физики Горбунова В. А

                В настоящее время общество развивается в стремительно меняющихся социально-экономических условиях, выжить в которых человеку помогает способность принимать оптимальные решения в нестандартных ситуациях. В связи с этим появляется тенденция включения исследовательской деятельности в систему общего образования. Федеральный компонент государственного стандарта физического образования предусматривает обучение учащихся методам научного познания. Среди основных исследовательских умений выделяются следующие: «проводить наблюдения явлений, описывать и обобщать результаты наблюдений, планировать и выполнять эксперименты, выдвигать гипотезы и строить модели, применять полученные знания по физике для объяснения разнообразных физических явлений и свойств веществ. Любое физическое явление может быть предсказано как теоретически, так и исследовано экспериментально.

          Изучение физического явления – это деятельность, конечным продуктом которой является новое для учащихся знание о явлении. Цели по добыванию нового знания формулируются в виде познавательных задач. Для решения каждой познавательной задачи проводится экспериментальное исследование. Эта деятельность состоит из ряда последовательных операций. На первом этапе решения познавательной задачи осуществляется разработка идеи или метода проведения эксперимента. Затем проектируется и конструируется экспериментальная установка, позволяющая реализовать эту идею. После этого составляется план действий, т.е. последовательность операций, которые предполагается произвести  для того, чтобы осуществить идею эксперимента. Далее по составленному плану проводится эксперимент, и данные, полученные в ходе его проведения, подвергаются обработке.

         Важным подготовительным моментом эмпирического исследования является выбор средств описания. В качестве таковых могут быть использованы различные знаковые системы и их комбинации: обычное повествование, схемы, различного рода графики, таблицы, протоколы наблюдения.

         Деятельность, связанная с экспериментальным исследованием, является обобщенной в том смысле, что с точки зрения подготовки экспериментальной установки, технологии проведения эксперимента не важно, какую функцию выполняет эксперимент в познании: исследовательскую или проверочную.

            Исследовательская работа учащихся начинается с постановки проблемы. При этом могут реализовываться следующие цели: углубление и расширение знаний учеников, привитие вкуса к исследовательской работе, развитие познавательного интереса, формирование исследовательских умений (прогнозирование, анализирование имеющейся ситуации, высказывание гипотез, корректирование своих действий в соответствии с целью). Можно выделить следующие структурные элементы исследовательской деятельности учащихся: накопление фактов, выдвижение гипотезы, постановка эксперимента, создание теории.

            Выделение именно этих основных моментов при организации исследований учащихся связано с особенностями творческого процесса. Процесс научного творчества является циклическим, состоящим из звеньев: исходные факты - гипотеза – следствия – эксперимент – исходные факты. Именно знакомство учащихся с методами исследования природы является одной из основных задач учителя физики.

           Приобщение школьников к началам исследовательской деятельности возможно и вполне осуществимо через урок, дополнительное образование, защиту проектов и рефератов. Очень важно учитывать, что процесс обучения началам научного исследования представляет собой поэтапное, с учетом возрастных особенностей, целенаправленное формирование всех компонентов исследовательской культуры школьника: мыслительных умений и навыков (анализ и выделение главного; сравнение; обобщение и систематизация; определение и объяснение понятий; конкретизация, доказательство и опровержение, умение видеть противоречия), умений и навыков работы с книгой и другими источниками информации.

Хочется отметить, что исследовательская деятельность – это один из методов обучения, в ходе которого у учащихся: формируются универсальные способы учебной деятельности, что дает импульс к саморазвитию, к самореализации, самоцелеполаганию, самоорганизации, самоконтролю и самооценке; значительно расширяется кругозор в предметных областях; происходит непроизвольное запоминание учебного материала и усвоение алгоритма научного исследования.

Приведу примеры исследовательской деятельности учащихся, используемые на уроке в качестве источника новых знаний.

           Изучение физики начинается с вводных уроков. На первый урок учащиеся идут с надеждой узнать что – то новое, неизвестное им. Учитель начинает демонстрировать опыты, а дети хотят сами поучаствовать. Можно провести кратковременную лабораторную работу, где они сами могут пощупать приборы и увидеть некоторые явления. Имеется мензурка, стакан с водой и стеклянная трубка. Перед учащимися ставится следующая задача: надо перенести воду из одного сосуда в другой, не прикасаясь к ним руками. Это первая проблема и они сами должны найти способ решения. Опускают один конец трубки в сосуд с водой, другой закрывают пальцем и переносят жидкость в мензурку. С заданием справились. Но чтобы поддержать интерес можно предложить экспериментальную задачу: кто сможет больше перенести жидкости из одного сосуда в другой за 10 раз. Учащиеся с интересом приступают к выполнению, используя тоже оборудование и многие находят решение. Закрывают одно отверстие трубки пальцем, опускают свободный конец в сосуд с водой, открывают отверстие и снова быстро закрывают его. В этот момент жидкость наполняет стеклянную трубку и поднимается выше уровня воды в сосуде и учащиеся переносят больший объем жидкости. Результаты нужно оценить и можно познакомить с прибором – мензуркой. При этом они определяют объем переносимой жидкости.

             Так в 7-8-ых классах на своих уроках я формирую исследовательские навыки учащихся, используя как групповые, так и индивидуальные работы.

Тепловые явления.

- Налить в один стакан холодной воды, в другой  - теплой. Опустите в каждый из них несколько кристалликов марганцовки. Объяснить наблюдаемое явление.

- Положить монету на стол. Прижать монету и быстро её двигать то в одну, то в другую сторону. Заметить, сколько раз надо передвинуть монету, чтобы она стала теплой, горячей. Сделать вывод о связи между выполненной работой и увеличением внутренней энергии тела.

- Положите на ладонь кусочек льда, пронаблюдайте за его плавлением. Выясните на опыте, от чего зависит время плавления. Оно зависит от температуры ладони и массы льдинки.

- Измерьте температуру воздуха в помещении. Поставьте два термометра в классе: один на подоконник, другой в углу на пол. После урока или на уроке сравните их показания и сделайте выводы.

Диффузия в жидкости.

1. Налейте в стакан воды, капните в неё раствор йода, зеленки  или  марганцовки (достаточно одной капли) и наблюдайте за тем, что происходит в стакане.
2. Повторите то же самое, поставив стакан в тарелку с горячей водой.

- На стеклянную пластинку помещают небольшой кристаллик йода и заливают его расплавленным парафином, который быстро затвердевает. Через несколько дней можно увидеть, что парафин около кристалликов йода окрасился в коричневый цвет.

             Рассмотрим фрагмент урока, на котором учащиеся создают понятие о явлении электризации тел трением. Электризация тел трением – это явление приобретения телом свойства притягивать легкие предметы при контакте или трении о другое тело при низкой влажности воздуха. Придумаем исходную ситуацию, в которой ученики обнаружат данное явление: если расчесать волосы пластмассовой расческой, она будет притягивать легкие предметы. Возникает вопрос: что это за явление? Для ответа на этот вопрос сформулируем и решим следующие задачи:

- только ли пластмасса при трении о шерсть приобретает свойство притягивать тела?

- только ли о шерсть необходимо натирать  тело, чтобы оно приобрело способность притягивать легкие предметы?

- при каких условиях тела приобретают свойство притягивать легкие предметы? (является ли контакт или трение тел друг о друга необходимым условием для протекания явления, при каких внешних условиях происходит это явление?)

Для решения первой задачи нужно заменить пластмассовое тело телами из других веществ: эбонита, стекла, дерева, стали и т.п., натереть их о шерсть и исследовать их способность притягивать легкие предметы.

Для решения второй задачи можно взять любое из исследованных тел и натирать его о тела из разных веществ: шелка, бумаги и т.п.

При решении третьей задачи будем менять взаимодействия двух любых тел: приведем тела в относительное движение без контакта.

При проведении экспериментов учащиеся должны получить следующие результаты: при натирании о шерсть эбонита, стекла, тела приобретают свойство притягивать легкие предметы; при натирании любого тела о шелк, бумагу – тоже приобретают свойство притягивать легкие предметы. Для ответа на третью задачу, должен быть получен ответ: при отсутствии контакта или трения тел друг о друга явление не происходит.

Сформулируем обобщенные знания: любые вещества, кроме металла, который человек держит в руке, после трения о шерсть приобретают способность притягивать другие тела.

            Применение исследовательского метода на уроках связано с определенными трудностями, требуется большая затрата учебного времени и дифференцированный подход к учащимся. Часть исследований полезно давать в качестве домашнего задания, чтобы привлечь к ним школьников. Проведение этих работ пробуждает любознательность у всех учащихся, в том числе и слабоуспевающих, а систематическое включение их в учебный процесс способствует формированию глубокого познавательного интереса. Домашние опыты и наблюдения позволяют расширить область связи теории с практикой, приучить учащихся к самостоятельной исследовательской работе, развить интерес к физике, преодолеть ошибочные представления о том, что физические явления можно наблюдать лишь с помощью специальных приборов.

            При изучении испарения на уроке обсуждается вопрос о том, от каких факторов зависит быстрота испарения жидкости. Можно предложить учащимся высказать гипотезы и попытаться их обосновать, исходя из молекулярных представлений. Но в условиях урока провести  данное исследование невозможно, так как опыты требуют много времени. Эти исследования можно провести в домашних условиях. Для этого сначала предложить исследовать зависимость быстроты испарения жидкости от площади её свободной поверхности. Наполнить пробирку водой, вылить воду на плоский поднос или тарелку и вновь наполнить водой пробирку; записать дату и время начала опыта; наблюдать за испарением воды и отметить время, когда вода с подноса полностью испарится; отметить, какая масса воды к этому времени испарится из пробирки; наблюдать дальнейшее испарение воды из пробирки. Можно измерить площади свободных поверхностей пробирки и подноса. На основе своих наблюдений и измерений сделать выводы. Потом экспериментально исследовать зависимость испарения от природы жидкости. Для этого взять несколько одинаковых пробирок и наполнить одинаковым объемом различными жидкостями: водой, спиртом. Записать дату начала опыта и не пропустить тех моментов, когда окончится испарение спирта и воды.

Или задания такого характера:

-Поставить на плиту две одинаковые жестяные банки. В одну налить воду массой 200 грамм, в другую положить снег той же массы. Заметить, сколько времени потребуется, чтобы вода в обеих банках закипела. (изменение агрегатных состояний вещества)

- В два одинаковых блюдца налейте по одинаковому количеству воды. Одно блюдце поставить в теплое, а другое – в холодное место. Запишите, за какое время испарится вода в том и другом блюдцах. Объяснить разницу в скорости испарения.

-Поставьте ладони так, чтобы их освещало солнышко. Запомните ощущение тепла. Смочите ладони водой и повторите наблюдение. В чем разница?

 Во втором случае в руках будет ощущение холода. Причина: вода с поверхности ладоней испаряется, «улетающие» молекулы воды уносят часть энергии, поэтому ладони ощущают понижение температуры.

- Щепотку марганцовки бросьте на сырой снег. Что вы увидели? Опишите. ( На снегу образовалось фиолетовое расползающееся пятно. Крупицы марганцовки растворились в воде, содержащейся в снеге; от этого снег окрасился. Благодаря конвекции, капиллярам и диффузии пятно стало расплываться.)

- Определить количество пыли, выпадающей около вашего дома. Приготовьте две одинаковые картонные коробки. Положите в них лист чистой бумаги так, чтобы он полностью покрывал дно, и поставьте на 5 суток с двух сторон дома – рядом с дорогой и во дворе. После этого соберите пыль и сравните её количество.

             Самостоятельное исследование по определенной теме, особенно в том случае, если за ним следует отчет о его результатах перед классом, вызывает глубокий интерес учащихся и желание работать.

Приучай ученика работать, заставь его не только полюбить работу, но настолько с ней сродниться, чтобы она стала его второй натурой, приучи его к тому, чтобы для него было немыслимо иначе, как собственными силами что-либо усвоить; чтобы он самостоятельно думал, искал, проявлял себя, развивал свои дремлющие силы, вырабатывал из себя стойкого человека.                                                                                     М.Горький.

         Задания исследовательского характера вызывают усиленный интерес у учащихся, что приводит к глубокому и прочному усвоению материала. При традиционной системе обучения практическая работа учащихся проводится, как правило, с целью закрепления теоретического материала и выполняется в соответствии с предложенной учителем инструкцией.  Необходимость активизировать умственную деятельность учащихся и развить их самостоятельность привела к использованию практических работ в качестве источника новых знаний. В этом случае создается конкретная возможность говорить о субъективном присвоении знаний, так как теперь самостоятельная работа учащихся носит не исполнительский, а исследовательский характер. Итогом работы на уроке становятся выводы, самостоятельно полученные школьниками, как ответы на проблемный вопрос учителя.