Физический эксперимент

ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Эксперимент является важнейшим элементом процесса обучения физике. Он выполняет несколько дидактических функций: повышает интерес к предмету, активизирует внимание учащихся, способствует политехническому образованию.  При проведении учебного физического эксперимента у учащихся формируются физические представления об изучаемых конкретных физических явлениях. Место эксперимента в процессе познания позволяет определить функциональная  модель, состоящая из двух взаимосвязанных элементов функций:

1. Первая функция учебного физического эксперимента заключается в создании чувственно-наглядных образов, которые являются материалом для дальнейшего обобщения.

Демонстрации, фронтальные опыты и лабораторные работы должны обогатить чувственные знания учащихся и способствовать созданию системы наглядных образов.

2. Вторая функция школьного эксперимента состоит в создании практических проблемных ситуаций.

У детей более с более  развитым  мышлением такого рода экспериментальные задания -  это практические или экспериментальные задания (максимально приближенные к реальным практическим ситуациям), выполняя которые они повышают уровень усвоения понятий.

Самым важным требованием является выразительность и видимость  демонстрации. Под этим понимается выделение демонстрируемого явления за счёт сведения до минимума побочных явлений, которые могут дать повод к неправильному толкованию опыта. Эффективность эксперимента во многом зависит от выполнения требования надёжности. Под этим понимается получение желаемого результата (37,с.16).  Для создания яркого образа представления, который дольше сохраняется в памяти, необходимо выполнение требования яркости зрительного образа. При переходе от образа восприятия к образу представления структура его меняется в сторону обобщения и схематизации. Одни признаки отбрасываются как избыточные, другие, которые несут наиболее значимую информацию, подчёркиваются, выделяются.

При подготовке демонстраций необходимо учитывать требования инженерной психологии: обеспечивать цветовое оформление опытов, выделять с помощью определённой окраски или композиции предметы, которые несут наибольшую информацию, создавать необходимый контраст измерительных шкал и т.п.

При постановке эксперимента нужно учитывать возрастные особенности учащихся, уровень их знаний, умений и навыков. Поэтому необходимо выполнять требование доступности той информации, которую должен нести учащимся данный эксперимент.

При  выборе эксперимента следует также учитывать его эмоциональное воздействие. Эксперимент должен вызывать у учащихся различные эмоции: удовольствие, уверенность в своих знаниях, восхищение, удивление, любопытство, недоумение (опыты, которые резко изменяют сложившиеся представления учащихся).

Только в рамках живого эксперимента реализуется наблюдение реальных явлений, развиваются навыки выделения характерных признаков явления на фоне множества второстепенных факторов, установления причинно-следственных связей, выявления количественных закономерностей. Только в реальном эксперименте становится важными такие процедуры, как измерение с определённой точностью, округление результата измерения (31,с.33)

Важным фактором при разработке и отборе эксперимента является простота и кратковременность подготовки опыта. Готовя и ставя эксперимент, учитель должен соблюдать правила безопасности: любой опыт теряет дидактическую ценность, если он угрожает здоровью детей (37,с.17).

До сегодняшнего дня к нормативно регламентируемым видам экспериментальной деятельности в преподавании физики в школе относятся демонстрационный  эксперимент, фронтальные лабораторные работы, практикум и проектные работы. В основной старшей школе (на базовом уровне) экспериментальная деятельность учащихся реализуется в виде фронтального эксперимента и проектов, при изучении физики в старшей школе на профильном уровне – в виде фронтального эксперимента, практикума и проектов.  Фронтальный самостоятельный эксперимент и практикум являются формами урочной работы, в то время как проектная форма деятельности предполагает использование и урочного и внеурочного времени. Демонстрационный эксперимент традиционно относится к деятельности учителя, а не ученика (31,с.33).

Все виды эксперимента имеют своё узкое целевое назначение,  и каждый из них содействует более глубокому изучению законов физики, а также приобретению учащимися ценностносмысловых^[1]  компетенций^[2] (26,с.5).

Лабораторные занятия учащихся – второй вид школьного эксперимента. Он содействует более глубокому усвоению курса физики.  Кроме того, лабораторные работы дают учащимся приобрести практические умения и навыки в обращении с простейшими физическими приборами, в измерении различных физических величин, развивают у учащихся наблюдательность и интерес к явлениям в природе. При этом создаётся гораздо большая цельность и полнота впечатлений, позволяющая довести понимание физического явления до полной ясности. Лабораторные работы содействуют повышению понимания демонстрационного эксперимента (26,с.17).

Физический практикум – это экспериментальные задачи повышенной трудности.  Он  расширяет и углубляет практические умения и навыки работы с приборами,  способствует развитию большей самостоятельности учащихся, чем фронтальные лабораторные работы; он знакомит учащихся  с методами измерений.

Проект – это экспериментальное задание, связанное с получением нового практически значимого продукта, выполняемый учащимся с применением предметных знаний в рамках учебно-познавательной деятельности (6,с.53). Более подробная информация  о проектах будет ниже ( п.3.3).

В настоящее время поставки информационной техники в школы предоставили в руки учителя физики компьютер, мультимедиа проектор и интерактивную доску. Использование web-камеры для укрупнения зоны опыта и демонстрации её в укрупнённом виде через мультимедиа проектор на экран стирает многие границы между демонстрационным и лабораторным экспериментом. В зоне опыта может оказаться и измерительный прибор, шкала которого будет демонстрироваться на экран через мультимедиа проектор. В настоящее время  многие физические величины могут быть измерены цифровыми датчиками (автоматизация эксперимента  экономит время на проведение рутинных операций при измерении и обработке результатов),  причём во многих случаях чувствительность и пределы измерений цифровых датчиков превосходит чувствительность аналоговых приборов, а инертность (время реакции на меняющуюся величину) оказывается существенно меньше. ИД позволяет не только выводить на экран фрагменты демонстрационных установок и показания датчиков, но и делать наглядным весь процесс обработки полученных данных. Разработан набор «Цифровая лаборатория» для фронтального эксперимента, то есть ученики могут при наличии времени выполнить лабораторный опыт самостоятельно, собирая установку и получая результаты. При этом школьная лабораторная установка также снабжена системой датчиков, диагностирующих состояние исследуемого объекта. Данные эксперимента обрабатываются и выводятся на экран в реальном времени и в рациональной графической форме, в виде численных значений, диаграмм, графиков и таблиц. Основное внимание учащихся при этом сосредотачивается не на сборке и настройке экспериментальной установки, а на проектировании различных вариантов проведения эксперимента, накоплении данных, их анализе и интерпретации, формулировке выводов. Всё это соответствует требованием ФГОС (федерального государственного образовательного стандарта) (24,с.28).

 На уроке можно реализовать совместное исследование и как сочетание демонстрационного эксперимента учителем с дублированием действий по изучению явления за партами учеников (31,с.36).  Исследовательская форма постановки учебного эксперимента является мощным средством развития интереса к предмету, подготовки учащихся к самостоятельной творческой работе (37,с.13).

Применение учебного физического эксперимента способствует формированию критического мышления и побуждает учащихся к активной мыслительной и практической деятельности (14,с.38).  Использование ИКТ при проведении физических экспериментов постепенно размывает границы между демонстрационным и лабораторным экспериментом, между фронтальной работой и работой физического практикума, и выводит лабораторные работы, проводимые с их помощью на уровень учебных исследований различной глубины и трудности (31,с.45).

Очевидно, что реализация учебного физического эксперимента в школе должна включать обучение использованию компьютерного оборудования для подготовки и проведения экспериментальных работ, обработки экспериментальных данных (31,с.32).  Таким образом, всё вышесказанное показывает, что практическая деятельность учащихся, организованная с помощью учебного физического эксперимента, позволит организовать инновационное^[3]  обучение и сформировать личностные качества учеников,  которые позволят адаптироваться к быстро изменяющемуся миру и участвовать в инновационной деятельности.