Роль эксперимента на уроках физики

в свете введения ФГОС

учебно-методический материал

Автор работы: Шабалина Ирина Владиславовна

Введение.

Физика — фундаментальная наука, изучающая строение и свойства

окружающего мира. Как отдельный предмет физику начали преподавать

после 1840 года.

В основе физических исследований лежит эксперимент. Он позволяет

проверить уже существующие законы и установить новые закономерности,

поэтому, «общепризнано, что обучение физике в средней школе должно

опираться именно на эксперимент».

Умение

ставить

и

проводить

опыты,

анализировать

результаты

измерять, устанавливать или проверять зависимости физических величин –

всё это необходимо для изучения физики.

За

последние

годы

произошли

значительные

изменения

в

области

образования.

Школы,

работавшие

по

единым

программам

и

учебникам,

постепенно

начали

переходить

на

профильное

обучение.

Появилась

возможность использовать программы и учебники по выбору. Значительные

изменения претерпело производство учебного оборудования. В школьном

физическом

эксперименте

стали

применять

новые

информационные

технологии.

Если рассматривать традиционную методику преподавания физики, то

она направлена на передачу учащимся готовой информации. Сейчас же в

соответствии со стандартами нового поколения, необходимо реализовать

деятельностный подход к процессу обучения.

Таким образом, возникла необходимость нового подхода к школьному

физическому эксперименту, необходимость совершенствования постановки

лабораторных работ и работ физического практикума.

1.1. ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

1.1.1. Из истории введения экспериментального метода.

«Экспериментальный метод является ведущим среди методов

научного познания мира». Проведение физического эксперимента на уроках

— очень важное условие эффективности учебного процесса. «Эксперимент

является

основой

принципа

наглядности,

базой

для

формирования

практических умений, способом отражения экспериментального характера

физической науки».

« Основы методики и техники учебного эксперимента закладывались

многими известными учеными и педагогами – физиками, такими как Д. Д.

Галанин, П. А. Знаменский, М. Ю. Пиотровский, И. И. Соколов, Б. Ю.

Кольбе, Е.Н. Горячкин, В. Н. Бакушинский, В. А. Фетисов, А. И. Глазырин.»

Петр Алексеевич Знаменский в 1954 году писал: «В настоящее

время не может быть споров и сомнений, что при изучении физики в школе

обязательно

широкое

применение

эксперимента…Положения

науки,

воспринятые

учащимися, но не ставшие

для него даже

фактами

из-за

отсутствия наблюдений и опыта, только обременяют память учащегося, но не

дают

понимания,

не

вырабатывают

привычки

самостоятельного

и

независимого

суждения.

Даже

самый

красочный

рассказ

учителя

об

эксперименте не может изменить для учащегося непосредственного живого

восприятия предметов и явлений

«Аналогичной точки зрения придерживался Д. К. Максвелл, который

писал:

"Важным

разделом

наших

обязанностей

является

постановка

иллюстративных опытов и поощрение других к постановке их и развитие

всевозможными способами освещаемых ими идей. Чем проще материалы

иллюстрированного опыта и чем

более привычны они учащемуся, тем

глубже

он

поймет

идею,

которую

должен

иллюстрировать

этот

опыт.

Воспринимаемая

ценность

таких

опытов

обратно

пропорциональна

сложности приборов".

Завершение современного классического варианта содержания и форм

проведения школьного физического эксперимента сложилось к середине 70-х

годов прошлого века под влиянием деятельности А. А. Покровского, Б. С.

Зворыкина, Н. М. Шахмаева, В. А. Бурова, В.П. Орехова. »

1.1.2. Задачи школьного физического эксперимента

Различают следующие виды школьного физического эксперимента:

1) демонстрационные опыты учителя;

2) лабораторные работы;

3) фронтальные опыты;

4) работы физического практикума;

5) экспериментальные задачи;

6) внеклассные эксперименты.

Все

эти

виды

школьного

физического

эксперимента

обеспечивают

осуществление

принципов

наглядности,

сознательности,

активности

познавательной деятельности учащихся в преподавании курса физики.

С

помощью

учебного

физического

эксперимента

решаются

важные

методические задачи:

1)Демонстрационные

опыты

формируют

накопленные

ранее

предварительные представления и знания.

2) Опыты позволяют пополнить и расширить кругозор учащихся.

3) Они закладывают правильные представления о новых физических

явлениях и процессах, раскрывают закономерности, знакомят с методами

исследования,

показывают

устройство

и

принцип

действия

приборов

и

установок, иллюстрируют технические применения физических законов.

«Кроме

общих

задач,

разрешаемых

всеми

видами

школьного

физического

эксперимента,

каждый

вид

имеет

более

узкое

целевое

назначение, особенности в методике проведения и технике постановки».

« Нужно отметить, что демонстрационный физический эксперимент в

школьном

курсе

физики

разработан

подробно

и

детально.

Существует

многоаспектная классификация школьного физического эксперимента:

— по дидактическим целям;

— по содержанию;

— по методологии физического познания;

— по месту в учебном процессе;

— по формам постановки эксперимента;

— по методам выполнения и обработки результатов;

— по месту проведения;

— по времени, затрачиваемому на проведение эксперимента.

Сформулированы

принципы

использования

школьного

физического

эксперимента в учебном познании:

— принцип системности физических знаний учащихся;

— принцип мотивации;

—принцип

адекватности

и

координации

школьного

физического

эксперимента;

— принцип воспринимаемости эксперимента;

— принцип приоритета простоты и кратковременности при одинаковых

результатах;

—

принцип

перехода

от

репродуктивной

деятельности

учащихся

к

творческой»

1.1.3

Требования,

предъявляемые

к

технике

проведения

демонстрационных опытов

Содержание опытов должно доступно и ясно доводиться до понимания

каждого из присутствующих на уроке, поэтому к опытам

предъявляются

особые методические требования.

«Под техникой проведения демонстрационного эксперимента понимают

средства и приёмы, обеспечивающие эффективную постановку опыта:

1) содержательность (опыт должен раскрывать сущность явления);

2) достоверность (означает постановку такого варианта опыта, результат

которого не вызывал бы сомнений);

3)

видимость

(хороший

обзор

экспериментальной

установки

с

различных мест в классе);

4)

наглядность

(предполагает

использование

специальных

средств

и

методов демонстрации, помогающих как наблюдению, так и анализу опыта

(указательные

стрелки,

использование

цвета

для

обозначения

различных

ветвей

электрической

цепи,

информационные

таблички

на

магнитных

держателях и т.д.));

5)

убедительность

(демонстрационные

опыты

не

должны

вызывать

каких-либо сомнений в их справедливости, все побочные явления должны

быть

сведены

к

минимуму,

сделаны

незаметными

и

не

отвлекающими

внимания от главного);

6) кратковременность;

7) воспроизводимость;

8) надёжность;

9) эстетичность;

10) эмоциональность;

11) безопасность»

Остановлюсь более подробно на некоторых требованиях к эксперименту,

которые считаю наиболее важными.

Достаточная видимость — размеры приборов, основные их части и

детали установки, их расположение и освещение должны быть видны для

всех учащихся с любого места в классе. Если учащимся плохо видно, то

теряется внимание и интерес, что приводит к нарушению дисциплины и не

усвоению учебного материала.

Необходимая видимость достигается при использовании специальных

приборов больших размеров, предназначенных именно для демонстраций,

правильным

их

расположением

в

установках,

а

также

применением

подходящего фона, подсвета, различных способов и приемов проецирования.

Наглядность и выразительность опыта. Опыт нужно провести так, чтобы

«каждый ученик непременно заметил демонстрируемое явление. Для этого

следует собирать по возможности наиболее простые установки, в которых

четко, как бы само собой, выделялись основные части. Надо применять

яркую,

контрастную

раскраску

деталей

приборов,

выбирать

для

каждого

случая

наиболее

подходящие

индикаторы,

стремиться

к

получению

максимальной интенсивности демонстрируемых явлений».

Убедительность

—

это

когда

опыт

не

вызывает

сомнения

в

своей

справедливости и понятен для учащихся с различным уровнем знаний.

В

своей

статье

«Учебный

эксперимент

как

метод

физического

доказательства

В.

В.

Майер

и

Р.

В.

Майер

пишут:

«…Физический

эксперимент

является

средством

физического

доказательства.

…

При

проведении

экспериментального

доказательства

требуется

убедительно

показать, что результат рассматриваемого опыта действительно подтверждает

проверяемый тезис и не может быть объяснен исходя из каких-то иных

допущений.

Например, эксперимент, демонстрирующий фотоэффект, строго говоря,

еще

не

является

подтверждением

квантовой

природы

света,

так

как

вырывание электронов из металла может быть объяснено исходя из того, что

свет — электромагнитная волна. Однако, совокупность экспериментально

установленных

законов

фотоэффекта

не

укладывается

в

рамки

электромагнитной

теории

и

может

быть

объяснена

только

из

квантовых

представлений о природе света, поэтому их и доказывает.

Рассматривая какой-нибудь опыт, важно показать, что приборы измеряют

ту физическую величину, что и предполагает экспериментатор. Доказать, что

вольтметр измеряет напряжение, с помощью закона Ома или формулы для

силы

Лоренца

не

удается,

так

как

их

справедливость

доказывается

с

помощью

вольтметра.

Должен

быть

совершенно

иной

подход,

показывающий, что показания вольтметра действительно пропорциональны

работе

электрического

поля

по

перемещению

заряда

из

одной

точки

в

другую».

Опыты

должны

быть

надежными.

Для

этого

их

тщательно

заранее

готовят, неоднократно испытывают, обязательно соблюдают правила техники

безопасности, прописанные для данного эксперимента.

«Демонстрации должны производить действие не только на умственное

восприятие, но и на воображение учащихся, возбуждать у них интерес, чтобы

можно было по ходу урока быстро мобилизовать общее внимание класса на

некоторые небольшие промежутки времени. Поэтому надо показывать опыты

эмоционально.

Как

правило,

демонстрационные

опыты

должны

отличаться

кратковременностью,

чтобы

не

затягивать

урока.

Учителю

необходимо

обращать

внимание

на

темп

выполнения

опытов:

он

всегда

должен

соответствовать темпу восприятия учащимися демонстрируемого материала.

В случае необходимости опыт можно повторить несколько раз, например:

когда надо устранить предположение о случайности показанного явления

(определение ускорения при свободном падении) или когда не все учащиеся

успевают увидеть необходимые детали (опыт с трубкой Ньютона).

Каждый из показываемых опытов должен быть содержательным, хорошо

и изящно оформленным».

1.1.4 Система учебного эксперимента

«Одним из условий успешного формирования физических понятий и

теорий

является

система

рационально

подобранного

и

тщательно

поставленного учебного эксперимента. … Прежде всего, в систему учебного

физического

эксперимента

следует

включить

небольшое

число

фундаментальных

опытов,

составляющих

экспериментальную

основу

современной

физики.

Постановка

этих

опытов

в

большинстве

случаев

требует

незаурядного

экспериментального

мастерства

и

связана

с

использованием достаточно сложного оборудования».[38,с.8]

Опыты можно классифицировать по нескольким признакам и разделить

на пять групп.

1. Опыты, иллюстрирующие объяснения преподавателя.

Иногда эти опыты просты и известны учащимся из повседневной жизни.

Любой опыт оживляет урок, создает положительный настрой для восприятия

материала.

Эффективность

таких

опытов

связана

с

тем,

что

учащиеся

наблюдают

за

их

ходом

с

позиции

преподавателя,

который

обращает

внимание на главное, что важно для понимания изучаемого явления.

2.

Опыты,

в

ходе

которых

показывается

применение

изученных

физических явлений в технике.

В этих опытах изучается принцип работы технических установок. Они

необходимы для подготовки учащихся к практической деятельности и для

иллюстрации связи физики с техникой.

Ребята

закрепляют

и

углубляют

свои

знания

об

изученном

ранее

явлении.

3. Эффектные опыты, повышающие интерес к предмету.

Эти

опыты

надолго

запоминаются

и

привлекают

учащихся

к

миру

физических явлений.

4. Опыты, позволяющие ставить перед учащимися проблему.

В свете нового ФГОС эти опыты приобрели наибольшую значимость.

Учащиеся, не зная конечного результата, опираясь на свои знания и

опыт,

самостоятельно

или

при

небольшой

помощи

учителя

приходят

к

необходимым выводам.

5. Опыты, предназначенные для проверки ошибочности суждений.

Эти опыты можно проводить как доказательства ошибки, высказанной

одним из учащихся при обсуждении проблемы.

Необходимость

того

или

иного

учебного

эксперимента

определяется

принятой

методикой

изложения

материала.

В

нормативных

документах

приводится

перечень

обязательных

демонстраций.

Многие

демонстрации

повторяются и рекомендованы для проведения в основном, в базовом, и в

профильном курсе обучения.

Перед преподавателем стоит вопрос, о том, как выбрать тот или иной

опыт,

чтобы

он

был

правильным.

Ведь

на

разных

ступенях

обучения

изучаются

одинаковые

темы.

Учитель

должен

учесть

многое:

уровень

подготовки

учащихся,

ступень

обучения.

В

основной

школе

изучаются

элементы базовых для физики как учебного предмета теорий, при изучении

физики

в

учреждениях

начального

профессионального

образования

выделяются

профессионально-значимые

элементы

учебного

материала.

Разнообразие демонстраций на одну и ту же тему позволяют выбрать тот

необходимый опыт, который понятен и интересен, а также будет достигнуто

более глубокое изучение учебного материала.

«Существенно важно, чтобы отобранные опыты в своей совокупности

составляли бы не простую сумму, а логически связанную систему, в которой

каждый последующий опыт развивал бы предыдущий и опирался на него.

Важно, чтобы учащиеся видели и понимали эту логическую взаимосвязь

опытов».

«Помимо

важной

роли

демонстрационных

опытов

в

усвоении

содержания

нового

учебного

материала,

они

имеют

большое

значение

в

выработке у учащихся экспериментальных умений и навыков. В процессе

восприятия и осмысливания демонстрационных опытов школьники учатся

наблюдать за физическими явлениями, обрабатывать результаты измерений,

использовать различные физические приборы и т.д. Все это подготавливает

учащихся к самостоятельным экспериментальным работам, осуществляемым

в виде фронтальных опытов, лабораторных работ, экспериментальных задач

или работ физического практикума».

1.2 ЛАБОАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Лабораторная

работа

—

это

форма

организации

учебного

процесса,

применяемая в целях практического изучения устройства, принципа работы

лабораторного

оборудования.

Кроме

того,

лабораторная

работа

носит

исследовательский характер, поскольку в процессе ее выполнения учащиеся

проводят исследования какого либо явления.

Введение

лабораторных

работ

в

курс

обучения

физики

продвигали

многие ученые: К. В. Дубровский, Н. С. Дрентельн, Я. И. Ковальский, И. В.

Глинка, В. В. Лермантов, П. А. Знаменский.

Дубровского

Константина

Васильевича

называют

«пионером

физического эксперимента с простыми и самодельными приборами».

« В ед у щ и м

п р и н ц и п ом

п р е п од а ва н и я

ф и з и к и

о н

с ч и т а л

самостоятельность

учащихся

в

наблюдении

и

экспериментировании.

Дубровский

со

своими

учениками

создавал

приборы,

к

ним

подробные

методические

описания

для

демонстрационного

и

лабораторного

эксперимента.

Дрентельн Николай Сергеевич — одним из первых учителей физики

ввел практические занятия с учащимися. Он создал большую физическую

лабораторию

из

оригинальных

приборов.

Каждая

демонстрация,

каждый

лабораторный

эксперимент

были

им

методически

выверены,

подкупали

простотой и продуманностью. Он считал, что ход опыта должен быть ясен во

всех подробностях, а результат не вызывал сомнений»

Ивану

Васильевичу

Глинке

принадлежит

идея

в н ед р е н и я

исследовательского обучения в физике. «Книга Глинки "Опыт по методики

физики.

Лабораторные

уроки

в

средней

школе"(1910-1911гг.)

получила

широкую известность среди учителей и методистов не только в России.

Глинка был убежден, что интерес к физике обусловливает самодеятельность

учащихся.

Он

пишет,

что

лабораторные

занятия

могут

осуществляться

"фронтальной системой", когда весь класс на одинаковых приборах делает

одну и ту же работу, и системой "разных работ", когда разнообразные задания

выполняются

с

помощью

различных

приборов.

При

прохождении

курса

"методом

лабораторных

уроков"

эксперимент

органически

связывается

с

сообщением нового материала.

Для такой формы работы специальные часы не отводятся, и учащиеся

выполняют задания одновременно с объяснением преподавателя.

При постановке "разных работ", новый материал на уроке не изучается,

самостоятельное экспериментирование учащихся происходит в специально

отведенные часы после прохождения некоторого теоретического материала с

целью повторения и наиболее полного ознакомления с явлением.

Лермантов

Владимир

Владимирович

занимался

экспериментальной

физикой. Создал более 100 учебных и демонстрационных приборов. Читал

курс: "Введение к практическим занятиям по физике". Многие годы его книга

"Методика физики и содержание приборов в исправности"(1886 год) была

единственным методическим пособием для школьных учителей».

Петр Алексеевич Знаменский — выдающийся педагог, физик-методист,

он внес большой вклад в развитие физики.

Он писал: «…Самостоятельные лабораторные занятия учащихся в одних

случаях целиком заменяют эксперимент учителя, в других его дополняют, в

третьих служат для него исходным материалом».

В 1910 году вышла его книга «Практические занятия по физике для

учащихся средней школы». Эта работа сыграла важную роль «во внедрение

лабораторных

работ

в

школьный

курс

физики.

Знаменский

не

только

обосновал роль лабораторных работ, но и сформулировал требования к самим

работам и приборам, которые специально должны изготавливаться, обобщив

тем самым опыт работы петербургской методической школы. Он считал

обязательным

выполнение

лабораторных

работ

всеми

школьниками,

поскольку без этого невозможно освоение физики как экспериментальной

науки, понимания методов ее исследования. На основе его исследований в

советской

школе

были

внедрены

фронтальные

лабораторные

работы».

Лабораторные

работы

планируются

с

учетом

наличия

лабораторного

оборудования в учебном заведении. Количество часов на их выполнение

указано в рабочей программе. Проводить лабораторные работы лучше всего

непосредственно в процессе изучения темы или сразу после окончании ее

изучения.

«

В

рамках

традиционного

подхода

учитель

проводит

лабораторные

работы

иллюстративного

вида,

на

которых

вырабатывает

у

учеников

"практические

манипулятивные

навыки,

а

также

способности

следовать

указаниям, направленным на получение запланированных результатов. … В

ходе

выполнения

лабораторного

эксперимента

ученики

пользуются

указаниями:

что

необходимо

измерять,

наблюдать,

фиксировать,

чтобы

получить

искомый

правильный

результат.

Причем

лабораторные

работы

планируются

так,

чтобы

правильные

ответы

(результаты)

получали

все

учащиеся,

которые

четко

придерживаются

инструкции.

Традиционный

подход

к

организации

лабораторных

работ

готовит

учащихся

к

самостоятельным действиям, но не развивает самостоятельность школьников,

т. к. они производят копирующие действия по образцу, данному в виде

типовой инструкции к лабораторной работе"».

Схема проведения лабораторной работы дана в статье Г. Н. Степановой,

которая

напечатана

в

сборнике

«Современная

оценка

образовательных

достижений учащихся».

Схема проведения лабораторной работы.

Форма/цель Время

Описание

Лабораторная работа

30-45

Проводится на любом этапе урока,

кроме начала урока;

Возможна индивидуальная работа,

работа в паре и групповая работа.

Закрепление знаний

- Открытие нового знания;

- Знание правил и процедур

прямых измерений физических

величин;

-Знание правил и процедур

косвенных измерений величин;

-Умение

пользоваться

измерительными

приборами

и

оборудованием

кабинета физики;

-Умение применять знания в новой ситуации.

Задания для работы:

- работа по готовой инструкции;

- работа по инструкции, разработанной коллективно;

- работа по инструкции, разработанной в группе;

- работа по инструкции, разработанной в паре;

- одинаковые задания на одинаковом оборудовании;

- одинаковые задания

на разном оборудовании

В этой же статье, в виде таблицы приводится система выставления

отметок при оценивании лабораторных работ.

«"Современный подход к проведению лабораторных работ требует от

учителя

применения

исследовательского

метода

обучения,

при

котором

самостоятельная деятельность учащихся становится более продуктивной, т. к.

им приходится применять имеющиеся знания для решения задач выходящих

за пределы известного образца. В рамках исследовательского обучения при

выполнении учебного лабораторного эксперимента, ученикам, а не учителю

принадлежит ведущая роль в принятии решений о выборе способа работы с

изучаемым материалом".

При

внедрении

исследовательского

метода

обучения

лабораторные

работы предваряют изучение нового материала, поэтому учащимся придется

сталкиваться с новыми явлениями, представлениями, идеями, прежде чем

они

были

изучены

в

классе».

«"Прежде

чем

достичь

высокого

уровня

самостоятельной

деятельности,

учащимся

необходимо

предварительно

овладеть обобщенными приемами и методами познавательной деятельности

и умения переносить их на решение более сложных, хотя и типовых учебных

задач, т. е. овладеть репродуктивной деятельностью.

Лабораторные

работы,

связанные

с

репродуктивной

деятельностью

позволяют на основе полученных ранее знаний и данной учителем общей

идеи

найти

самостоятельно

конкретные

способы

решения

задач

применительно к данным условиям задания. Работы этого типа приводят

школьников к осмысленному переносу знаний в типовые ситуации, учат

анализировать

события,

явления,

факты,

формируют

приемы

и

методы

познавательной деятельности. Способствуют развитию внутренних мотивов

к

познанию,

создают

условия

для

развития

мыслительной

активности

школьников"»

Действия учащихся при выполнении этих лабораторных работ, с учетом

требований

ФГОС,

приведены

в

методических

рекомендациях

Т.

Г.

Яковлевой.

Она

выделяет

разные

уровни

самостоятельности

учащихся

при

выполнении

лабораторных

работ

и

соответствующие

им

действия

и

операции.

Таблица — Действия ученика привыполнении лабораторных работ

Группы

действий

Уровни самомтоятельности

Копирование,

Копирующие

действия по образцу

Репродуктивный,

Перенос обобщенных

приемов и методов на

решение типовых, но

более сложных

учебных задач

Продуктивный,

Применение

имеющихся знаний для

решения задач

выходящих за пределы

известного образца

Определение

цели действия

Тему работы

записывает, т.к. она

дана в инструкции

Сам определяет тему исследования

Цель р не

формулирует, т.к. она

определена

Цель выявляет и

переформулирует

Самостоятельно

формулирует цель

Планирование

действия и его

выполнение

Использует

необходимое и

достаточное

оборудование,

пречисленное в

инструкции

Отбирает необходимое

оборудование по

предложенному списку

Самостоятельно

формулирует цель

Выполняет

конкретные действия

по инструкции

Выбираети использует

известный алгоритм

Самостоятельно

планирует пути

достижения цели

Представляет

результаты в

предложенной

форме, чаще всего в

виде таблицы

Выбирает форму

(кодирования)

представления

результатов

Предлагает свою

форму кодирования

информации

Анализ и

оценка

выполненного

действия

Точность

полученных

результатов не

оценивает

Сопоставляет

экспериментальные и

теоретические данные

Проводит оценку

достоверности

полученных

результатов простыми

методами

Записывает выводы с

помощью учителя

Формулирует выводы

по полученным

результатам

Формулирует выводы

по поставленной цели