Формирование естественнонаучного мышления школьников при выполнении физических экспериментов
статья на тему

ФОРМИРОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО МЫШЛЕНИЯ ШКОЛЬНИКОВ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Физика – не только один из самых интересных предметов естественнонаучного цикла, но и является основой естественнонаучного мировоззрения, которое необходимо любому образованному человеку. Несмотря на научно-технический прогресс, интерес школьников к нему может снижаться. Это связано с тем, что физика, прежде всего, один из самых сложных предметов в учебном курсе.

Чтобы учащиеся начали самостоятельно проявлять активность, необходимо преобразовывать учебный процесс в более увлекательное и интересное занятие. В этом может помочь умение заинтересовывать ребят нестандартными задачами, материалами и познавательными экспериментами.

Для развития естественнонаучного мышления школьников и совершенствования процесса обучения должны прилагаться огромные усилия, ведь должны приобретаться те знания и умения, которые можно будет использовать в реальной жизни. А знания имеют ценность только тогда, когда информация осмыслена и может применяться в различных видах деятельности.

Универсальным средством обучения, способствующим осуществлению задач по формированию основ естественнонаучного мышления, являются задачи на применение полученных знаний в повседневной жизни и экспериментальные задания для самостоятельного проведения школьниками опытов и физических измерений.

В современном естествознании эксперимент играет решающую роль при познании окружающего мира. Умение правильно поставить задачу, спланировать опыт, провести наблюдение, обработать результаты и сделать на их основе выводы, является неотъемлемой частью научного подхода к изучению рассматриваемых природных явлений и процессов.

Без эксперимента нет, и не может быть рационального обучения физике; одно лишь словесное обучение физике приводит к механическому заучиванию. Учащийся должен видеть опыт и проделывать его сам, видеть прибор в руках преподавателя и держать его в своих собственных руках.

Рассмотрим экспериментальные задачи, которые могут быть реализованы школьниками как на занятии, так и в условиях домашнего эксперимента:

«А как же настоящая лодка?» 

Простейшая модель подводной лодки висит между поверхностью и дном. Но ни всплыть, ни погрузиться глубже она не может. А ведь настоящую лодку никто не будет вынимать из воды, чтобы смотать или домотать кусочек проволоки. Как же маневрирует подводная лодка? Как она всплывает, как ложится на дно?

Простейшим примером такого подводного судна служит виноградина в газированной воде. Всем известно, что газированная вода насыщена газом под давлением. Бутылка открыта, вода налита в стакан. Газ выходит в пене и брызгах. Но часть его еще осталась. Эта часть продолжает постепенно выделяться, оседая пузырьками на стенках стакана.

Для выполнения этой работы в стеклянный стакан со свеженалитой газированной водой бросают виноградину. Она чуть тяжелее воды и опустится на дно. Но на нее тут же начнут «садиться» пузырьки газа. Вскоре их станет так много, что виноградина всплывет. Но на поверхности пузырьки полопаются, и газ улетит. Отяжелевшая виноградина вновь опустится на дно. Здесь она снова «обрастет» пузырьками газа и снова всплывет. Так будет повторяться несколько раз, пока вода не «выдохнется».

Подводная лодка всплывает и погружается очень похожим способом. Только у лодки пузырьки газа не снаружи, у неё внутри есть специальные цистерны. Называются они балластными, т.к. в них набирают балласт — груз, который тянет лодку вниз. Этим грузом служит забортная вода.

Дан приказ погрузиться. Цистерны открывают, и в них устремляется вода, которая вытесняет воздух. Воздушные пузыри расстаются с лодкой, как пузырьки газа со всплывшей виноградиной. И лодка, словно виноградина, теряет плавучесть и опускается в глубину.

Надо снова всплыть? Тогда дается приказ «Продуть балластные!». И цистерны снова открываются, но теперь в них устремляется сжатый воздух из специальных баллонов. Он вытесняет, выгоняет воду, он сам заполняет цистерны. Внутри лодки словно образуются большие воздушные пузыри. И облегченная лодка всплывает.

«Как определить расстояние до молнии»

Молния – гигантский электроискровой разряд в атмосфере, как правило, сопровождающийся световой вспышкой и громом. Между вспышкой и слышимым разрядом грома существует небольшая задержка, по длительности которой можно рассчитать расстояние до ударившей молнии. Известно, что свет распространяется с огромной скоростью — 300 000 км/c. Т. е. вспышку молнии можно увидеть одновременно с ней, так как свет от нее доходит мгновенно. А вот звук от разряда — гром, можно услышать только с запозданием. Это происходит потому, что звук распространяется очень медленно, по сравнению со светом.  Звук в воздухе распространяется со скоростью всего около 340 м/с. А значит, посчитав количество секунд после вспышки молнии и умножив его на 340, можно рассчитать расстояние от молнии до грома. Если до молнии менее трех километров, необходимо принять меры по защите.

Чтобы приступить к выполнению этой работы нужно дождаться молнию с секундомером в руке. В момент вспышки запустить секундомер. Когда же прогремит гром, секундомер выключить. В результате будет получено время задержки грома – то есть время, за которое колебание воздуха прошло от места разряда до нас.

Далее, расстояние, по известной формуле, есть произведение скорости движения на время. Время уже есть, а что же касается скорости звука в атмосфере, то для грубых расчетов достаточно помнить значение 343 м/с.

Теперь производится расчет. Например, от вспышки молнии до звука грома прошло 8 с, тогда берется скорость звука - 343 м/с. Расстояние до молнии будет    8 * 343 = 2744 метра, или (округляя) 2,7 километра.

«Наблюдение свободного падения тел»

Познакомившись с формулами, описывающими свободное радение тел, можно рассчитать высоту здания по формуле: H = gt2 /2

В ходе выполнения работы вертикально вниз бросается шарик, так чтобы он приземлился, секундомером засекается время полёта вниз. Измерения времени движения следует провести не менее 5 раз.

Формула для вычисления высоты: H = gt2 /2, где t – время движения.

«Коварный центр тяжести»

Есть вещи, над которыми в повседневной жизни никогда не задумываешься. Например, над тем, как встать со стула. А оказывается, чтобы встать со стула, обязательно нужно соблюсти одно условие. Какое это условие, будет сказано дальше, а пока можно проделать такой опыт:

Садимся на стул. Ноги ставим вертикально, не подсовывая их под сиденье. Сидим совершенно прямо. Попробуем встать, не нагибаясь вперед, не вытягивая руки вперед и не сдвигая ноги под сиденье. Но ничего не получится - встать не удастся. Центр тяжести, который находится где-то в середине нашего тела, не даст нам встать.

Какое же условие надо выполнить, чтобы встать? Надо наклониться вперед или поджать под сиденье ноги. Вставая, мы всегда проделываем и то, и другое. При этом вертикальная линия, проходящая через центр тяжести, должна обязательно пройти хотя бы через одну из ступней ног или между ними. Тогда равновесие тела окажется достаточно устойчивым, и можно будет легко встать.

Ну, а теперь попробуем встать, взяв в руки гантели или утюг. Вытянуть руки при этом вперед. Возможно, удастся встать, не наклоняясь и не подгибая ноги под себя.

Таким образом, значение любых физических экспериментов заключается в том, чтобы у учащихся сформировалось представление о роли и месте эксперимента не только в познании, но и в повседневной жизни. Кроме того, при выполнении опытов у учащихся должны развиваться экспериментальные умения, которые включают в себя как интеллектуальные умения, так и практические.

Если учащиеся систематически будут включаться в поиски путей решения вопросов и задач в ходе выполнения занимательных экспериментов, опытов, нестандартных заданий, то можно ожидать, что результатом такого обучения будет формирование и развитие их естественнонаучного мышления.

1. Камин А. Л. Физика. Развивающее обучение. Книга для учителей. 7-класс. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2003 – 352 с.
2. Тихомиров О. К. Психология мышления: Учебное пособие. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1984 – 272 с.