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:
- Демонстрационные опыты (эксперименты).
- Фронтальные лабораторные работы, опыты, наблюдения.
- Физический практикум.
- Внеклассные (домашние) опыты и наблюдения.
- Количественный и качественный эксперимент.
- Экспериментальные задачи.
- 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:
- Темп изложения учителя должен совпадать с темпом демонстрации.
- Демонстрационный эксперимент должен присутствовать на каждом уроке.
- Демонстрационные опыты должны быть логически соединены.
- Демонстрации не должны загромождать урок.
- Установка должна быть простой, на столе не должно быть лишних предметов, для лучшей наглядности нужно использовать подвески или индикаторы.
- Эксперимент готовить заранее, он должен быть убедительным.
- 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.
- Содержательность предполагает подбор приборов и создание таких условий, которые позволяют в полной мере сущность явлений.
- Достоверность определяет однозначность, определенность, истинность результатов постановки опыта, то есть означает постановку такого варианта опыта, результат которого не вызывает сомнения.
- Видимость предполагает создание таких условий, которые позволяют каждому ученику класса видеть не только установку, но и ее существенные детали.
- Наглядность – требование, при котором сущность наблюдаемого явления раскрывается в наиболее яркой, совершенной и очевидной форме.
- Убедительность. Опыт должен выполнятся настолько «чисто», чтобы не было сомнений ни по его фрагментам, ни по выводам.
- Кратковременность предполагает определение оптимального времени демонстрационного опыта, а также сведение до минимума времени выполнения опыта.
- Воспроизводимость означает непременное неоднократное повторение опыта.
- Надежность эксперимента предполагает его успех во время демонстрации.
- Эстетичность предусматривает изящное, красивое оформление установки и рациональное выполнение опыта.
- Эмоциональность отражает результат воздействие демонстрируемого опыта на психику учащихся. Опыт призван вызвать интерес учащихся.
- 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:
- определить содержание урока;
- продумать логику построения урока;
- определить методы обучения;
- продумать метод изложения нового материала;
- подобрать вид эксперимента;
- подобрать возможные эффективные варианты демонстрационных опытов;
- подобрать необходимые приборы и проверить их исправность;
- при необходимости подобрать другой вариант опыта;
- 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;
- 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:
- наблюдение и изучение физических явлений
- ознакомление с измерительными приборами и измерение физических величин;
- ознакомление с устройством и принципом действия некоторых физических приборов и технических установок;
- обнаружение или проверка количественных закономерностей;
- 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.
Список литературы
- Пронина И.И. Теория и методика обучения физике: учебно-методическое пособие. – Орск: Издательство Орского гуманитарно-технологического института (филиала) ОГУ, 2017. – 103с.
- Новые возможности демонстрационного эксперимента. Яковлева Т.Г., заведующая Центром естественнонаучного и математического образования СПб АППО.
- Костюнина О.А. Роль эксперимента в реализации системно-деятельностного подхода к преподаванию физики: Методическая раз-работка. – Йошкар-Ола: ГБУ ДПО Республика Марий Эл «Марийский институт образования», 2021. – 16с.