Решение экспериментальных задач по физике, как один из путей повышения качества образования.
Решение экспериментальных задач по физике, как один из путей повышения качества образования.
В современном мире физика является одной из лидирующих наук, она оказывает огромное влияние на различные отрасли науки, техники и производства. Физика является базовым предметом для технического образования после школы. Социальный спрос на технические специальности неуклонно возрастает, это требует качественной подготовки учащихся по предмету. Хорошие результаты в обучении физики можно получить применяя различные методы обучения. На уроках наиболее эффективный способ –это ученический физический эксперимент.
В практике обучения физике важное место занимает решение экспериментальных задач. Эксперимент является важнейшим элементом процесса обучения физике. Он выполняет несколько дидактических функций: повышает интерес к предмету, активизирует внимание учащихся, способствует политехническому образованию. Исследовательская форма постановки учебного эксперимента является мощным средством развития интереса к предмету, подготовки учащихся к самостоятельной работе. Физический эксперимент должен быть краток по времени, лёгок в постановке и нацелен на усвоение и отработку конкретного учебного материала. Физический эксперимент позволяет органично связать практические и теоретические проблемы курса физики в единое целое. В ходе эксперимента ученики принимают в работе активное участие. Это способствует развитию у школьников умений наблюдать, сравнивать, обобщать, анализировать и делать выводы. Эксперимент позволяет организовать самостоятельную деятельность учащихся, а так же развить практические умения и навыки. Опыт показывает, что проведение фронтальных лабораторных работ, решение экспериментальных задач, выполнение кратковременного физического эксперимента эффективнее, чем ответы на вопросы или работа над упражнениями в учебнике.
Экспериментальной задачей называется такая задача, данные для решения которой, получаются экспериментально, непосредственно на глазах учащихся или самими учащимися. Решение таких задач положительно влияет на качество преподавания физики. К основным их достоинствам можно отнести следующее:
Экспериментальные задачи способствуют повышению активности учащихся на уроках, развитию логического мышления, учат анализировать явления, заставляют ученика думать. Решение экспериментальных задач воспитывает у учащихся стремление активно, собственными силами добывать знания, стремление к активному познанию мира.
Разбирая экспериментальные задачи, ученики убеждаются на конкретных примерах, что их знания вполне применимы к решению практических вопросов, что с помощью их школьных знаний можно предвидеть физические явления. Таким образом, их книжные знания приобретают реальный смысл.
При решении почти каждой экспериментальной задачи ученики убеждаются, что эксперимент играет огромное значение в познании окружающих явлений.
Самостоятельное решение учениками экспериментальных задач способствует приобретению исследовательских навыков, развитию творческих способностей.
Учащиеся на практике убеждаются, что результаты измерений всегда приближённые, и что на их точность влияют различные причины, поэтому производя измерения нужно устранять все побочные влияния.
Используемое при постановке опытов оборудование должно быть учащимся известно, а установка опыта простой. При решении любой экспериментальной задачи целесообразно выделить четыре этапа деятельности:
анализ текста и физического явления задачи;
план решения;
решение;
анализ решения.
Экспериментальные задачи бывают двух классификаций: качественные и количественные.
К качественным экспериментальным задачам следует отнести задачи, поставленные на конкретной физической установке, на конкретном вещественном материале и не требующие для решения количественных данных и математического расчёта. Это могут быть задачи- вопросы, которые есть в учебниках или задачниках. Вопросы к задаче могут быть поставлены иначе. Приготовив установку можно спросить у учащихся, что произойдёт в результате наших действий. В другом случае им предлагается не предвидеть событие, а показать его. В этом случае мы не спрашиваем что будет, а спрашиваем, как это сделать?
При обучении школьников решению качественных экспериментальных задач следует договориться о «правилах игры». Это необходимо потому, что ученик часто отвечает не на вопрос учителя, а на «свой вопрос», связанный с той частью опыта, которая произвела на него самое большое впечатление. (Можно вспомнить, замечают ли учащиеся образование тумана в толстостенном сосуде, из которой с шумом вылетела пробка?) Чтобы избежать таких досадных недоразумений, нужно договориться, что каждый ответ будет начинаться со слова «Наблюдаю» и описания увиденного. Когда описание увиденного окончено, надо произнести другое ключевое слово: «Объясняю». Закончить ответ нужно словами «Делаю вывод» и формулировка вывода.
Качественные задачи способствуют развитию критического мышления учащихся, развивают умение решать задачи, предъявленные в необычной форме. Особенность таких задач состоит в том, что они связаны с жизнью. Самостоятельно найденный ответ-маленькая победа в познании сложного мира природы, придающая уверенность в своих возможностях, создающая положительные эмоции, устраняющая неосознанное сопротивление процессу обучения.
Ну и конечно, нельзя не отметить, что физика - «необычный» предмет в том смысле, что ученики не только должны изучать, понимать фактический материал, но и посвящать часть занятий экспериментам.
К количественным экспериментальным задачам следует отнести задачи, поставленные на конкретной физической установке, на конкретном вещественном материале, требующие решения количественных данных и математического расчёта. Это могут быть задачи составленные в ходе эксперимента учеником и учителем. Для решения таких задач приглашаем двух учеников, один проводит эксперимент, другой на доске записывает данные и оформляет задачу, решает её. В конце оба ученика делают выводы и результаты своей деятельности.
Часто при проведении опыта учителя описывают свои действия. Как правило, это описание излишне подробное, дети сами видят, что вы берете в руки. Также многословие учителя при показе опытов отвлекает учащихся от наблюдений, рассеивает их внимание, утомляет. Поэтому многие учащиеся просто не слышат вопроса, который следует после монолога учителя.
Чтобы активизировать внимание учащихся, можно предложить и такой прием. Если для проведения опыта нужна специальная установка и она заранее собирается учителем, тогда учащиеся называют ее основные части. Только после этого формулируется вопрос, ответ на который должны дать учащиеся.
Экспериментальные задачи могут быть использованы в любой части урока. Такая задача может стать темой данного урока. В этом случае необходимо, чтобы вопрос вызывал некоторое удивление и желание решить его. Таким средством стимула к восприятию является постановка проблемы, а значит, нужна подходящая экспериментальная задача. Применять задачу можно для проверки степени понимания учениками изучаемого на уроке материала, для его закрепления. Задача в этом случае способствует углублению и уточнению нового материала. Использование экспериментальных задач при опросе даёт нам возможность выяснить, насколько правильно и глубоко усвоен пройденный материал. Экспериментальные задачи могут быть предложены учащимся в качестве домашнего задания. Задания должны быть такими, чтобы для домашних опытов ученики нашли нужные приборы и предметы.
Приведу примеры экспериментальных задач:
1.Тема «Строение вещества».
Постановка задачи. Взять сырую картофелину и разрезать её пополам. В центре среза поместить кусочек марганцовки и соединить обе половины, через некоторое время разъединить их. Назвать наблюдаемое явление и объяснить его.
Решение задачи. Марганцовка, окрашиваясь, будет окрашивать картофелину. Здесь имеет место явление диффузии.
2. Тема «Плотность вещества».
1. Постановка задачи. На столе весы, разновес мензурка и кусок однородного вещества такой формы, чтобы его объём не мог быть определён путём измерений линейных размеров тела, например, стальной шарик на нити, болт, фарфоровый ролик. Определите плотность вещества.
Решение задачи. Объём тела измеряется при помощи мензурки, масса при помощи весов. Правильность решения проверяется по таблицам физических величин.
2. Постановка задачи. На столе кусок мыла прямоугольной формы, весы, разновес, и масштабная линейка. Определите плотность мыла.
Решение задачи. Объём бруска мыла определяется путём измерений его рёбер, масса – при помощи весов.
3. Постановка задачи. Определите плотность камня (картофелины), используя для этого весы, разновес, отливной стакан с водой и порожний стакан.
Решение задачи. Для определения объёма камня (картофелины) его погружают в отливной стакан с водой. Объём вытесненной воды равен объёму камня (картофелины).Массу определяют при помощи весов или динамометра.
4. Постановка задачи. На столе кирпич и масштабная линейка. Кирпич нужно брать с ровными боковыми стенками, в форме прямого параллелепипеда и хорошо его просушить. Определить вес этого кирпича, не пользуясь весами (не взвешивая).
Решение задачи. Объём кирпича определяется путём измерений линейкой его рёбер. Плотность кирпича даётся учителем, так как плотность кирпичей весьма различна, а для решения данной задачи следует заранее определить плотность данного кирпича. Правильность решения проверяется при помощи динамометра.
3. Тема «Давление твёрдого тела».
1. Постановка задачи. На столе находится кирпич, опирающийся на поверхность стола узкой боковой гранью. Какой гранью надо положить кирпич на поверхность стола, чтобы давление на стол было наименьшим? Наибольшим? Определите эти давления, используя масштабную линейку?
Решение задачи. Кирпич имеет грани трёх размеров. Для уменьшения давления кирпич ставится на стол широкой гранью.
2. Постановка задачи. Имеется деревянная доска размерами 40
· 20 см, масштабная линейка и миллиметровая бумага (обычная в клеточку). Во сколько раз и как изменится давление на пол, если стоять на полу, а потом встать на доску? Вес доски не учитывать.
Решение задачи. Давление уменьшится во столько раз, во сколько раз площадь нижней грани доски больше площади подошв ног.
4.Тема «Давление жидкостей и газов».
1. Постановка задачи. На столе собрана установка. Что надо сделать, чтобы из левой длинной трубки бил фонтан? Ответ обосновать и подтвердить опытом.
Решение задачи. Надо увеличить давление воздуха внутри сосуда, а для этого можно дунуть в короткую трубку или присоединить её к насосу Комовского. Ещё один фонтан можно показать при изучении атмосферного давления.
2. Постановка задачи. «Яйцо в бутылке». Для опыта сварите яйцо вкрутую. Очистите его от скорлупы. Опустите горящую бумагу в бутылку. На горлышко бутылки положите яйцо. Горение в бутылке прекращается, и яйцо начинает втягиваться в бутылку. Объясните наблюдаемое явление.
3. Постановка задачи. На столе U – образная трубка, вода бензин и масштабная линейка. Определите плотность бензина.
Решение задачи. В сообщающиеся сосуды наливается вода, потом в один из сосудов наливается бензин. Высоты столбов воды и бензина h1и h2 измеряют при помощи масштабной линейки.
·1
·g
·h1 =
·2
·g
·h2,Откуда
·2 =
·1
·h1 / h2
Правильность решения задачи проверяется по таблицам физических величин. Можно продолжить условие задачи: в одно колено U – образной трубки налит бензин, а в другое раствор поваренной соли. Используя масштабную линейку, определите плотность этого раствора.
Тема «Оптика».
1. Постановка задачи. Определите высоту потолка в классе (дерева, столба, водонапорной башни, здания) с помощью зеркала. Оборудование: зеркало, тетрадный лист, в клеточку.
Решение задачи. Для определения высоты потолка используем закон преломления света. Располагаем зеркало на полу, на некотором расстоянии от стены. Отдаляясь от него, смотря в зеркало, найдем изображение линии пересечения потолка и стены. Измерив, число шагов до зеркала и от зеркала до стены и зная свой собственный рост, вычисляем высоту потолка.
Устаревшая материальная база многих кабинетов физики и другие субъективные причины приводят к тому, что преподавание физики становится «меловым». Учителя (в том числе и я) пытаются вернуть эксперимент на уроки физики в виде фронтального эксперимента с использованием простейшего оборудования («простой физический опыт») или в виде экспериментальных задач, которые могут быть поставлены как фронтально, так и демонстрационно. Практически любой занимательный опыт или программная демонстрация могут быть трансформированы в экспериментальную задачу. Ценность такой задачи в том, что сразу после разных ответов разных учащихся можно получить правильный ответ.
Наиболее эффективный способ повышения качества обучения по физике – это ученический физический эксперимент.
Решение экспериментальных задач способствует формированию у учащихся интеллектуальных и практических умений и навыков, в том числе умений выполнять простые наблюдения, измерения и опыты, обращаться с приборами. Развивают мышление учащихся, т.к. побуждает их к выполнению умственных операций.
«Скажи мне – и я забуду, подскажи мне - и я запомню, дай мне действовать самому - и я научусь». Китайская мудрость.
15