Урок физики в современной школе: физический эксперимент

Школьный физический эксперимент – это один из важнейших методов обучения физике; он имеет несколько своеобразных, особых видов и не является чем-то сложившимся, а все время развивается, расширяется, пополняется новым оборудованием, приемами и средствами выполнения.

Характерным для настоящего времени становится появление в образовании принципиально новых информационных средств в обучении, которые способны повлиять на цели, содержание, методы и организационные формы обучения в учебном заведении.

Основным методом познания в естественных науках является экспериментальный метод, поэтому в процессе обучения физике предполагается широкое применение демонстрационного и фронтального физического эксперимента. Появление нового оборудования: интерактивных досок, компьютерной техники, новейших средств воспроизведения цифровых носителей, развитие сети Интернет в общеобразовательных школах требует переосмысления роли, возможностей и перечня средств обучения, предназначенных для проведения физического эксперимента.

Школьный физический эксперимент – это воспроизведение физического явления на уроке с помощью специальных приборов в условиях, наиболее доступных для его проведения. Это отражение научного метода познания.

Школьный физический эксперимент выполняет функции: 1) служит источником физического знания, 2) является методом обучения, 3) является одним из видов наглядности.

Выделяют следующие виды школьных физических экспериментов:

1. Демонстрационные опыты (эксперименты).
2. Фронтальные лабораторные работы, опыты, наблюдения.
3. Физический практикум.
4. Внеклассные (домашние) опыты и наблюдения.
5. Количественный и качественный эксперимент.
6. Экспериментальные задачи.
7. Творческие (исследовательские) экспериментальные задания.

Демонстрация – это показ учителем физических явлений и связей между ними.

Демонстрационные опыты преследуют различные цели: наблюдение того или иного явления; проверка выдвинутой гипотезы; выявление физических закономерностей и проверка вытекающих из них следствий; формирование важнейших физических понятий; раскрытие сущности законов, гипотез, теории; подготовка учащихся к восприятию нового материала – проблемные опыты; пояснение принципа действия технических установок, приборов, сущности технологических процессов.

Требования к проведению демонстрационных опытов:

1. Темп изложения учителя должен совпадать с темпом демонстрации.
2. Демонстрационный эксперимент должен присутствовать на каждом уроке.
3. Демонстрационные опыты должны быть логически соединены.
4. Демонстрации не должны загромождать урок.
5. Установка должна быть простой, на столе не должно быть лишних предметов, для лучшей наглядности нужно использовать подвески или индикаторы.
6. Эксперимент готовить заранее, он должен быть убедительным.
7. При проведении демонстрационных опытов учителю необходимо соблюдать требования техники безопасности, правила пожарной безопасности, запрещается работать ртутью и радиоактивными элементами.

Эффективность опыта достигается при определенных требований.

1.  Содержательность предполагает подбор приборов и создание таких условий, которые позволяют в полной мере сущность явлений.
2. Достоверность определяет однозначность, определенность, истинность результатов постановки опыта, то есть означает постановку такого варианта опыта, результат которого не вызывает сомнения.
3. Видимость предполагает создание таких условий, которые позволяют каждому ученику класса видеть не только установку, но и ее существенные детали.
4. Наглядность – требование, при котором сущность наблюдаемого явления раскрывается в наиболее яркой, совершенной и очевидной форме.
5. Убедительность. Опыт должен выполнятся настолько «чисто», чтобы не было сомнений ни по его фрагментам, ни по выводам.
6. Кратковременность предполагает определение оптимального времени демонстрационного опыта, а также сведение до минимума времени выполнения опыта.
7. Воспроизводимость означает непременное неоднократное повторение опыта.
8. Надежность эксперимента предполагает его успех во время демонстрации.
9. Эстетичность предусматривает изящное, красивое оформление установки и рациональное выполнение опыта.
10. Эмоциональность отражает результат воздействие демонстрируемого опыта на психику учащихся. Опыт призван вызвать интерес учащихся.
11. Соблюдение техники безопасности является обязательным условием при любых демонстрациях.

Показу демонстрационного эксперимента на уроке предшествует большая подготовительная работа, проводимая до урока. Эта работа состоит из следующих этапов:

1. определить содержание урока;
2. продумать логику построения урока;
3. определить методы обучения;
4. продумать метод изложения нового материала;
5. подобрать вид эксперимента;
6. подобрать возможные эффективные варианты демонстрационных опытов;
7. подобрать необходимые приборы и проверить их исправность;
8. при необходимости подобрать другой вариант опыта;
9. продумать, в какой последовательности проводить опыты, как выделить существенное в опыте, на что обратить внимание учащихся, в каком темпе проводить каждую часть опыта, сколько раз воспроизвести опыт, какой сделать паузу;
10. отработать опыты до автоматизма.

Фронтальные лабораторные работы

Выделяют качественные лабораторные работы (наблюдение физического явления) и количественные лабораторные работы (измерение какой-либо величины), творческие экспериментальные задания. Лабораторные работы могут быть кратковременными или рассчитанными на урок.

Все работы выполняются на однотипном оборудовании и всеми учащимися, они непродолжительные (10-45 мин). В конце урока – обязательное коллективное обсуждение  результатов работы.

Фронтальные лабораторные работы и опыты дают возможность включать одновременно весь класс в поиски решения проблемы.

Фронтальные лабораторные занятия классифицируются по дидактической цели:

1. наблюдение и изучение физических явлений
2. ознакомление с измерительными приборами и измерение физических величин;
3. ознакомление с устройством и принципом действия некоторых физических приборов и технических установок;
4. обнаружение или проверка количественных закономерностей;
5. определение сущности физических понятий, физических характеристик веществ и процессов.

В зависимости от поставленной цели подбирают необходимое оборудование, наиболее рациональный и соответствующий возрастным особенностям учащихся метод выполнения работы, форму отчетности, способ обсуждения результатов.

Поскольку фронтальные лабораторные работы и опыты связаны с углублением и расширением знаний, с заданиями для выработки практических умений и навыков, необходимо организовывать и направлять деятельность учащихся, активизировать их внимание и мысль, составлять вместе с ними план выполнения эксперимента, обеспечивать подготовку, быструю раздачу и последующий сбор оборудования.

Фронтальные опыты отличаются от фронтальных лабораторных работ кратковременностью (3-10 мин). Они выполняются на простом оборудовании, подразумевают одно практическое действие (наблюдение или измерение). Вывод должен быть тесно связан с изложением учебного материала.  Фронтальный опыт представляет собой какое-либо одно практическое действие, выполняемое учащимися без письменной инструкции под непосредственным руководством учителя, завершается выводом, сразу же входящим в содержание изучаемого материала. Фронтальные опыты также можно проводить при закреплении материала, повторении пройденного, формировании умений и навыков, при изучении новых приборов.

Физический практикум

Лабораторный практикум по физике, по сравнению  с другими видами работы, представляет собой более высокую форму организации лабораторно-практических занятий. Его отличает, прежде всего, большая самостоятельность учащихся, более совершенная и сложная экспериментальная база.

Отличие работ физического практикума от фронтальных лабораторных работ заключается в большей самостоятельности выполнения на более сложном оборудовании; работы практикума по длительности рассчитаны на 1-2 урока; обработка полученных экспериментальных результатов более объемная.

Экспериментальные задачи. К ним относятся такие задачи, решение которых связано с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдением за физическими процессами, сборкой различных установок.

Экспериментальные задачи можно разделить на качественные и количественные. В качественных задачах требуется предвидеть явление, которое должно совершиться в результате опыта, или самому воспроизвести физическое явление с помощью данных приборов. При решении количественных задач сначала производят необходимые измерения, а затем производят расчеты.

Решение экспериментальной задачи состоит из четырех этапов:

1 этап – осознание, восприятие задачи;

2 этап – составление плана решения;

3 этап – осуществление плана решения;

4 этап – проверка результата решения.

Домашние экспериментальные работы – один из видов домашних заданий, при выполнении которых учащиеся, пользуясь предметами домашнего обихода или самостоятельно изготовив простейшие приборы, должны производить дома опыты и наблюдения. Эти работы учащиеся выполняют полностью самостоятельно, а правильность выполнения устанавливает учитель при обсуждении результатов.

Компьютерные технологии обучения физике.

Одной из характерных особенностей учебного процесса в настоящее время является его информатизация, основанная на использовании информационных и компьютерных технологий, ориентированных на достижение целей обучения и формирования личности обучаемого.

Компьютерная технология обучения – это система обучения, одним из технических средств которой является компьютер. Реализовать ее можно лишь при наличии соответствующего учебно-методического комплекса, а также компьютерной грамотности учителя и учеников.

Одним из примеров программного обеспечения для проведения уроков физики с использованием компьютерных технологий является компьютерная проектная среда «Живая физика», которая предоставляет возможности для интерактивного моделирования движения в гравитационном, электростатическом магнитном или любых других полях, а также движения, вызванного всевозможными видами взаимодействия объектов. В составе – альбомы компьютерных экспериментов и моделей экспериментальных установок.

В комплект также может входить сборник компьютерных экспериментов (виртуальная лаборатория) по различным темам.

Данная программа позволяет изучать школьный и вузовский курс физики, усваивать основные физические концепции и сделать более наглядными абстрактные идеи и теоретические построения. При этом нет необходимости использовать сложное в налаживании, громоздкое, дорогостоящее оборудование.

Algodoo – бесплатная программа, где можно нарисовать всякие механизмы и системы, а потом включить моделирование – и они придут во взаимодействие в соответствии с законами физики в реальном времени. Программа двухмерная и имеет интерфейс типа Paint, позволяющий рисовать и перемещать фигуры без особых затруднений.

Безграничная информация по обучению физике и методике преподавания физики, содержащаяся в Интернете, обогащает современный учебный процесс новым содержанием, новыми приемами и формами работы.