РОЛЬ ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В ФОРМИРОВАНИИ КЛЮЧЕВЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ УЧАЩИХСЯ
Подготовка учащихся к жизни, формирование мировоззрения, способностей ориентироваться в окружающем мире, основываясь на знании законов физики - это и является основной идеей физического образования. Как учебный предмет, физика является важнейшим компонентом школьного образования. Она позволяет организовать учебно-познавательную деятельность так, что учащиеся на основе анализа фактов, наблюдений, явлений (при демонстрации или фронтальном эксперименте) самостоятельно делают выводы и обобщения, формулируют правила, определение понятий, законы, связи между физическими величинами или применяют имеющиеся у них знания в новой ситуации – решают задачи, выполняют лабораторные исследования. Широкое внедрение новых технологий, техники новых поколений, обеспечивающих более высокую производительность и эффективность труда
Проблема подготовки учащихся к жизни всегда была основной в обучении и ставилась как связь обучения с жизнью. Сегодня это продиктовано огромным изменением роли информации в жизни общества и бурным развитием информационных технологий. Всё это заставляет искать новые подходы к преподаванию естественных дисциплин, где физика играет ведущую роль в развитии учащихся, в формировании умения самостоятельно добывать знания и использовать их на практике
Новая структура стандарта образования ставит перед системой школьного физического образования одной из главных задач, формирование ключевых компетенций.
Развитию этих ключевых компетенций на уроках физики способствует физический эксперимент учащихся. Эксперимент является важнейшим элементом обучения физике. Он выполняет несколько функций:
- повышает интерес к предмету,
- активизирует внимание учащихся,
- способствует политехническому образованию,
- играет большую роль в формировании физических понятий.
Абстрактные понятия учащимся легче формировать на основе богатого чувственного опыта. Физический эксперимент влияет на ученмка через ощущение, восприятие, представление, формирует при этом мыслительную деятельность. Вызывает у учащихся положительные эмоции, которые надолго закрепляют в памяти нужную информацию. Учащиеся углубляют свои знания, повторяют изученный на уроке материал, развивают память и мышление, учатся анализировать идею и результаты опытов, самостоятельно делают выводы. Лабораторные работы способствуют формированию у учащихся экспериментальных умений и навыков, развивают интерес к физике. Учащимся при этом отводится роль исследователей, которые не только ставят эксперимент, планируют его этапы, но и самостоятельно формулируют выводы.
Значение лабораторных занятий по физике заключается в следующем: у учащихся создаётся представления о роли и месте эксперимента в познании. Кроме того, при выполнении лабораторного эксперимента учащиеся учатся определять цель эксперимента, выдвигать гипотезы, подбирать приборы, планировать эксперимент, вычислять погрешности, анализировать результаты, оформлять отчет о проделанной работе, собирать экспериментальную установку, наблюдать, измерять, экспериментировать. У учащихся вырабатываются такие важные личностные качества, как аккуратность в работе приборами; соблюдение чистоты и порядка на рабочем месте, в записях, которые делаются во время эксперимента, организованность, настойчивость в получении результата. У них формируется определенная культура умственного и физического труда.
1. Познавательные умения и навыки : (компетенции)
- анализа и синтеза;
- описания наблюдаемых явлений;
- формулировка целей и задач;
- выдвижение гипотезы и предсказание результата;
- использование математических символов;
- установление причинно-следственных связей.
2. Организационные умения и навыки:
- планирование эксперимента;
- рациональное использование времени;
- правильная организация рабочего места при выполнении лабораторных работ
3. Технические умения и навыки:
- пользование измерительными приборами и измерение физических величин;
- математическая обработка результата;
- подбор материала к лабораторным работам;
- сборка установки, схема эксперимента;
- использование учебной и технической литературы;
учет правил ТБ;
- расчет погрешности вычисления;
- оформление результатов (схемы, таблицы, графики).
4. Умения и навыки сотрудничества:
- обсуждение задания и распределение обязанностей;
- взаимопомощь и взаимоконтроль (самоконтроль).
Особое внимание уделяется компьютерным средствам обучения, использованию телекоммуникационных сетей глобального масштаба. Применение только традиционной методики проведения физического эксперимента и лабораторных работ не приводит к достаточному уровню умений и практических навыков учащихся по физике, который соответствовал бы современным требованиям. Ученики должны уметь самостоятельно добывать нужную информацию из различных источников, в том числе электронных. Это влияет на формирование информационной компетентности и уровень обученности учащихся по физике. Используя виртуальные модели можно проводить эксперименты невозможные в реальных условиях, например «Работа атомной электростанции»
На своих уроках я использую компьютерные модели:
1. Для проведения уроков, содержащих физический эксперимент при изучении, повторении или закреплении изученного материала в курсе физики (с применением мультимедийного видеопроектора);
2. Для дополнительных заданий “продвинутым” ученикам с целью проведения дополнительного эксперимента по темам, выходящим за рамки программы школьного курса физики.
3. Для контроля знаний учащихся по физике по отдельным темам (электронное тестирование)
4. Для индивидуальных лабораторных работ и экспериментальных заданий ученикам, пропустившим занятия по той или иной причине.
В своей работе я использую различные виды эксперимента
- лабораторные работы;
- домашние лабораторные работы;
- классные и домашние опыты;
- работы физического практикума;
- интерактивные лабораторные работы
- опыты элективных курсов;
- опыты из подручных материалов;
- парадоксальные опыты. (Смотреть в приложении)
Работа выполняется более успешно, если пользоваться планом проведения работы.
1. Выяснение цель эксперимента.
2. Формулировать и обосновать гипотезу, которую можно положить в основу эксперимента.
3. Выяснить условия, необходимые для достижения поставленной цели эксперимента.
4. Составить план эксперимента, включающий ответ на вопросы:
· какие наблюдение провести
· какие величины измерить
· приборы и материалы, необходимые для проведения опытов
· ход опытов и последовательность их выполнения
· выбор формы записи результатов эксперимента
5. Выбрать необходимых приборы и материалы
6. Собрать установку.
7. Провести опыт, сопровождаемый наблюдениями, измерениями и записью их результатов
8. Математически обработать результаты измерений
9. Анализ результатов эксперимента, формулировка выводов.
В зависимости от вида работы этот план варьируется и изменяется. Так, например, для проведения экспериментального исследования нужно оценить погрешность измерений, составить таблицу результатов измерений, построить график, учитывая погрешность и проанализировать характер полученного графика. При выполнении некоторых работ, имея достаточный опыт, учащиеся могут сами составить план проведения работы. Например, имея опыт по выполнению лабораторной работы «Определение жёсткости пружины», учащиеся могут составить план проведения лабораторной работы «Определение коэффициента трения скольжения». Естественно этот план, возможно, нужно будет обсудить и скорректировать
ПРИЛОЖЕНИЕ
Опыты в классе и дома
В 10 классе обобщающий урок по теме «Основы МКТ» группам предлагаются задания:
1. Пустите несколько мыльных пузырей. Объясните, почему пузыри сначала поднимаются вверх, а затем опускаются вниз.
Приборы и материалы: Мыльный раствор, детская игрушка для надувания мыльных пузырей. (Данное явление объясняется на основе закона Гей-Люссака)
2. Опустите стакан в горячую воду, когда стакан нагреется, выньте его и поставьте дном вверх на блюдце с холодной водой. Через некоторое время вода поднимется в стакане. Объясните наблюдаемое явление.
Приборы и материалы: стакан, горячая вода, блюдце с холодной водой. (Данное явление объясняется на основе закона Шарля)
Домашние лабораторные работы.
В 7 классе я предлагаю выполнить дома, следующие экспериментальные задания.
1. Воспользовавшись клетчатой бумагой, определите площадь своей ладони
2. Определить давление, производимое на опору (для девочек в кроссовках и в обуви на каблуке). Сделать вывод.
3. Измерьте толщину листа бумаги в учебнике при помощи линейки
4. Определите массу воды, молока, подсолнечного масла в заполненном доверху стакане. Объем мерного стакана 200 см3.
5. Определите работу, совершаемую вами при подъеме по лестнице между соседними этажами.
Классные лабораторные работы
Лабораторная работа
«Наблюдение интерференции света на плёнках»
Цель работы: ознакомиться с явлением интерференции в тонких плёнках.
Приборы и материалы: раствор мыльный, кольцо проволочное, лезвие бритвы, держатель, две стеклянные пластинки, спички, стеклянная трубка.
Порядок выполнения работы.
1.Закрепите лезвие бритвы в держателе, и медленно нагревайте его над пламенем спички. Наблюдайте за последовательностью возникновения цветных полос.
Напишите ответы на вопросы:
- Какие цвета, и в каком порядке появлялись на поверхности лезвия бритвы при его нагревании?
- Как можно объяснить наблюдаемое явление?
2.Получите на проволочном кольце мыльную плёнку, расположите её вертикально и рассмотрите в отражённом свете источника света (можно около окна).
Напишите ответы на вопросы:
- Какого цвета полосы появляются на плёнке?
- Где сначала появляются полосы – вверху или внизу? Почему?
- Почему полосы располагаются горизонтально?
- В каком порядке расположены цвета в полосах?
3.Выдувайте мыльный пузырь на поверхности мыльного раствора с помощью стеклянной трубки. Наблюдайте за радужной окраской, возникающей на стенках мыльного пузыря.
Запишите ответы на вопросы:
- Почему на верхней части мыльного пузыря возникают цветные полосы?
- Почему эти полосы имеют форму окружности?
- Почему полосы не остаются на месте, а перемещаются вниз?
- Полоса какого цвета идёт последней? Почему? Почему в конце пузырь бесцветен?
Решите задачи и ответьте на вопросы:
1.Почему не возникает интерференционной картины от двух фар удалённой автомашины?
2.Видимый свет с самой короткой длинной волны падает на две щели, расстояние между которыми 2,8 10 –2 мм. Щели и экран, отстоящий от них на расстояние 18 см, погружены в воду. Определить расстояние между интерференционными полосами на экране.
3.Одна из двух щелей, освещаемых светом с длинной волны 510нм, закрыта очень тонким листом пластика (n.=1,6). В центре экрана вместо максимума света – тёмная полоса. Чему равна минимальная толщина пластинки?
4.Каково отличие интерференционных полос в отражённом и проходящем свете?
5.Чем объясняется расцветка крыльев стрекоз, жуков и прочих насекомых?
6.Некоторые просветлённые линзы в отражённом свете отливают зелёным. Отражение каких длин волн, должно полностью гаситься таким покрытием?
Работы физического практикума
При повторении в 11 классе темы «Линейная оптика» в разделе «Линзы» я провожу работу из физического практикума «Определение фокусного расстояния рассеивающей линзы», а при изучении темы «Квантовая физика» - работу «Определение длины волны излучаемой натрием». Конечно, для выполнения таких лабораторных работ при 2 часах в неделю не всегда находится время, да и оборудования, например спектроскопов, на каждый стол нет, поэтому проводятся эти работы на факультативных занятиях
Интерактивные лабораторные работы
Применения информационных технологий в процессе обучения
- Предоставляет учащимся возможность индивидуальной исследовательской работы с компьютерными моделями, в ходе которой они могут самостоятельно ставить эксперименты, быстро проверять свои гипотезы, устанавливать закономерности физических явлений и процессов. Задает индивидуальный темп обучения для каждого ученика, появляется возможность повторения эксперимента в неурочное время, установив программу “Открытая физика” на домашнем компьютере. Появляется реальная возможность выполнения компьютерной лабораторной работы, которую невозможно выполнить в условиях школьной лаборатории. Ученики приобретают навыки оптимального использования персонального компьютера в качестве обучающего средства. Учащиеся получают навыки работы с электронными ресурсами
- У учителя высвобождается время для индивидуальной работы с учащимися (особенно с отстающими) Появляется возможность проведения быстрой индивидуальной диагностики результатов процесса обучения.
Ученикам сложно самостоятельно проводить виртуальный эксперимент по компьютерной модели без подробной инструкции по его проведению, поэтому необходимо составить для учеников сборник инструкций по работе с электронным учебником и по выполнению лабораторных работ с помощью виртуальных моделей.
Лабораторная работа
«Наблюдение за виртуальными моделями по кинематике»
1. Запустить программу «Открытая физика»
2. Открыть раздел «Механика»
3. Открыть модель «Сложение векторов»
4. Рассмотреть на рисунке, как находится сумма векторов, изменить значения модулей векторов, посмотреть, как это отразиться на сумме.
5. Открыть теорию к данной модели, ответить на вопрос: Каким законам подчиняется правило сложения векторов?
6. Переписать задачу к данной модели в тетрадь и решить её дома.
7. Открыть модель «Движение с постоянным ускорением»
8. Нажать на кнопку «Старт», понаблюдать за движением человека. Задать ему другую начальную скорость и ускорение, понаблюдать за движением человека в данном случае.
9. Открыть теорию к данной модели, ответить на вопрос: Как направлены векторы скорости и ускорения в случае прямолинейного движения?
10. Переписать задачу к данной модели в тетрадь и решить её дома
11. Открыть модель «Относительное движение»
12. Нажать на кнопку «Старт» и понаблюдать за движением лодки по реке. Изменить скорость лодки относительно воды и скорость течения реки. Посмотреть, как будет двигаться лодка в этом случае.
13. Открыть теорию к данной модели, ответить на вопрос: Что является абсолютной скоростью лодки?
14. Переписать задачу к данной модели в тетрадь и решить её дома
15. Открыть модель «Свободное падение тел»
16. Нажать на кнопку «Старт» и понаблюдать за движением тела, брошенного под углом к горизонту. Изменить начальную скорость, угол бросания, высоту, с которой бросают тело и понаблюдать за движением тела в данном случае.
17. Открыть теорию к данной модели, ответить на вопрос: По какой траектории будет двигаться тело, брошенное под углом к горизонту?
18. Переписать задачу к данной модели в тетрадь и решить её дома
19. Выйти из программы «Открытая физика»
Опыты из элективного курса.
Элективный курс в 9 классе «Тайны зрения», занятие -4,
тема «Зрение двумя глазами».
Содержание занятия:
преимущество зрения двумя глазами перед зрением одним глазом.
Опыты:
1.Опыты с кругом диаметром 3-8 см (оценка расстояний до предмета)
2.Нитка и ушко иголки (оценка расстояний до предмета)
3.Опыт с двумя карандашами (оценка расстояний до предмета)
4.Опыт с линейкой (глубина пространства)
5.Опыты по обнаружению объёмного зрения (стереоскопическое зрение).
Вопросы и задания
1. В чём преимущество зрения двумя глазами?
2. Что понимается под стереоскопическим зрением?
3. Какое впечатление получится, если при рассмотрении стереоскопических картин поменять их местами, т. е. к правому глазу подставить картину, предназначенную для левого глаза? Проделать такой опыт.
4. Нарисовать два чёрных пятнышка на расстоянии 2,5 см друг от друга. Не сводите несколько секунд взгляда с промежутка между пятнышками. Оба чёрных пятна сольются в одно. Почему?
5. Возьмите в руки по одному карандашу и, закрыв один глаз, расположите карандаши вертикально и параллельно друг другу на вытянутых руках, так чтобы один из них был ближе другого, а концы их казались бы на одной горизонтали. Можно ли утверждать, что вы отчётливо видите один карандаш дальше другого? Теперь смотрите обоими глазами. В чём вы убеждаетесь?
6. Возьмите в левую руку лист бумаги, встаньте перед зеркалом так, чтобы можно было видеть половину изображения своего лица. Закройте левый глаз. Чтобы видите? Почему? Откройте левый глаз и закройте правый. Теперь что вы видите? Почему?
7. Возьмите газетный лист бумаги, сложите его пополам, свернув в трубку диаметром около 4см (длина 40см) и скрепите концы листа. Приставьте трубу к глазу, смотрите на свою ладонь, касаясь ею трубки. Вы увидите отверстие в ладони. Попробуйте отодвинуть ладонь от конца трубки. Объясните этот опыт, не забывая, что вы смотрите двумя глазами.
8. Сделайте две одинаковые конические картонные трубки, каждая длиной 15см с диаметром отверстия 30 и 8мм. Расположите трубки так, чтобы, прищуривая поочерёдно глаза, можно было видеть расположенные вертикально или карандаш К1, или карандаш К2. Если же смотреть обоими глазами, то будет виден один карандаш. Что произошло? Объясните этот зрительный эффект.
Элективный курс рассчитан на 8 занятий и на каждом из них учащимися проводятся интересные и познавательные опыты, учатся думать анализировать, делать предположения, проверять их на опыте.
Опыты из подручных материалов, парадоксальные опыты.
Огромный интерес у ребят вызывают опыты, которые можно провести с материалами и предметами, находящимися под рукой в классе или дома. Например, рассказывая о полётах самолётов и причинах их подъёма, я отрезаю от тетрадного листка полоску бумаги шириной 2-3см продуваю воздух над ней и полоска поднимается вверх, хотя в начале опыта учащиеся уверены, что полоска опустится вниз.
Дома предлагаю выполнить следующий опыт. Если в семье есть старый пылесос (а они кое где ещё имеются), то шланг подсоединить к отверстию, из которого выбрасывается воздух, и в эту струю поместить шарик от настольного тенниса. Ребята с удивлением обнаруживают, что шарик из струи не вылетает. Рассказывая о равновесии и центре тяжести, беру пробку от шампанского, втыкаю в неё иголку и две вилки, затем иглой ставлю на угол стола, конструкция не падает. Кстати, прошлым летом купила игрушку аналог этого опыта, деревянная птица, стоящая на своём носике. Удивления меньше.
