Лекция 4. Методы обучения физике: физический эксперимент и решение задач
I. Учебный физический эксперимент рассматривают как источник знаний, метод обучения, вид наглядности (А.И. Бугаев). Уточним его роль. Во-первых, эксперимент является объектом усвоения при изучении физики в школе. Достигается это с помощью разных методов (словесных, наглядных, практических). Во-вторых, физический эксперимент является методом обучения. С его помощью происходит усвоение физических знаний, в том числе и экспериментального метода. Здесь отражается специфическая особенность физики как экспериментальной науки. В-третьих, физический эксперимент позволяет обеспечить чувственную и логическую наглядность, т.е. помогает выделить явление, выяснить его существенные стороны.
Физический эксперимент может быть конкретным выражением информационно-рецептивного метода (показ опыта учителем), репродуктивного метода (фронтальные опыты), исследовательского метода (планирование, проведение, анализ результатов опыта). Таким образом возможности школьного учебного физического эксперимента весьма велики. Выделяют следующие задачи эксперимента:
- Усвоение важнейших методов исследования природы (наблюдение, эксперимент, анализ, синтез и др.).
- Обеспечение наилучшего изучения понятий, законов, теорий, формирование умений применять знаний на практике.
- Развитие интереса к физике, создание познавательной мотивации.
- Формирование общеучебных умений и творческих способностей.
- Формирование практических умений и навыков, подготовка к труду, знакомство с техникой и технологией.
II. Система школьного физического эксперимента:
1. Демонстрационный эксперимент:
а) фундаментальные опыты,
б) демонстрация явлений,
в) демонстрация объектов,
Таблица 17
Парадигма школьного физического образования (теоретические основы обучения физике). Методология физического эксперимента. История развития УФЭ. Классификация УФЭ. Знания о практике использования УФЭ…
 
Определение УФЭ как дидактической системы: а) знания об УФЭ как объекте изучения и усвоения; б) методологические знания об использовании УФЭ, в) знания о носителях знаний об УФЭ;
Дидактические функции УФЭ (роль в организации учебного познания и др.);
Принципы использования УФЭ: научности; модельности УФЭ; единства чувственной и логической наглядности; перехода от наблюдения физических объектов и явлений к измерениям и исследованиям; распределения и разделения ролей при коллективном экспериментировании; вариативность и «развитие» эксперимента (и другие);
Закономерности: относительная эффективность видов эксперимента (между собой и другими средствами обучения); зависимость методики использования эксперимента от логики учебного познания; инвариатность этапов постановки опыта при изучении любых физических явлений; «принцип суперпозиции» методического эффекта при использовании УФЭ… (нуждаются в развитии, в теоретическом и экспериментальном обосновании);
Фундаментальные понятия: предметная деятельность, реальный (натурный) эксперимент, экспериментальные умения, мысленный эксперимент и другие;
Содержание учебной деятельности при проведении физического опыта, при проведении наблюдения, при проведении физических измерений (логико-методологический уровень рассмотрения);
Методики экспериментального исследования: моделирование, косвенное измерение, аналогия и др.;
Связи с другими методическими (дидактическими) системами: относительная самостоятельность системы УФЭ; учебная книга и система УФЭ; физические задачи и физический эксперимент; физический эксперимент и ТСО (и другое).
Техника и технология использования УФЭ. Методики постановки разных опытов. Методики проведения лабораторных работ. Физико-техническое конструирование. Система школьного физического оборудования. Техника безопасности. Самодельные приборы и установки. УФЭ в системе методов обучения.
г) демонстрация технических объектов, моделей,
д) изучение явлений: измерение, экспериментальные задачи и др.
2. Фронтальный эксперимент:
а) опыты и наблюдения,
б) экспериментальные задачи,
в) лабораторные работы.
3. Физический практикум:
а) одночасовые или двухчасовые работы,
б) проблемные (или нет) работы.
4. Внеклассные опыты и наблюдения (внеурочный эксперимент):
а) домашние экспериментальные задачи, моделирование,
б) наблюдения в природе, опыты на бытовом материале,
в) опыты на занятиях кружка, лабораторные работы,
г) исследовательская работа, создание приборов и устройств.
Основные требования к демонстрации (опыту):
Учащиеся должны быть подготовлены к восприятию опыта: актуализация знаний, формулировка цели, знакомство с установкой, система заданий по опыту и др.
Явление должно демонстрироваться в наиболее простом ("чистом") виде: учет техники демонстрации (расположение приборов, освещенность, проецирование, указатели и т.п.), наиболее простые и распространенные приборы и материалы, связь с опытом школьников, связь с учебником и др.
Хорошие условия наблюдения опыта: повторяемость опыта, его наглядность, нормальный темп демонстрации, надежность установки, безопасность и др.
Выводы по демонстрации: связь с изучаемой теорией, формулировка вывода, значение опыта, другие варианты демонстрации (индивидуально) и др.
Фронтальный эксперимент позволяет решать практически любые дидактические цели. В частности такие: передача знаний, в том числе технического характера; формирование практических и интеллектуальных умений; развитие мышления и мировоззрения, развитие таких качеств личности как творческие способности, настойчивость и др.
Фронтальный эксперимент должен быть тесно увязан с изучаемым материалом, демонстрационными опытами, видами деятельности учащихся и др., т.е. он должен выполняться в системе.
Классификация фронтальных лабораторных работ:
1. Наблюдение и изучение физических явлений. 2. Ознакомление с измерительными приборами и измерения. 3. Ознакомление с устройствами и принципами действия приборов и установок. 4. Исследование или проверка количественных закономерностей. 5. Определение физических констант, характеристик процессов и объектов. 6. Разработка моделей объектов или явлений.
Элементы методики: 1. Организация: группа из одного-двух школьников, наличие инструкции, наличие исправных приборов, счетная техника, отчет по работе. 2. Типичная структура урока: вступительная беседа – выполнение эксперимента – обработка результатов – итоги – индивидуальные задания. 3. Оценка: выполнение работы, расчет, оформление.
III. Решение учебных задач по физике прямо выступает как метод обучения. С помощью решения задач можно обеспечить достижение практически любой цели обучения. Поэтому решение задач – один из основных видов работы на уроке. Перечислим дидактические возможности решения задач как метода обучения.
1. С помощью решения задач передаются новые знания об объектах и явлениях. Так, например, раньше ход лучей в призме сначала изучался теоретически, а сейчас - это лишь решение задачи; значительная часть материала о свободном падении рассматривается как задача. Много нового об окружающих нас явлениях мы получаем при решении качественных задач. Примеры решения задач позволяют сообщить новые знания о способах деятельности.
В целом формулировка теоретического вопроса в виде задачи обычно конкретизирует вопрос, позволяет логически более четко и кратко найти ответ на него.
2. Одно из основных предназначений задач – формирование практических и интеллектуальных умений. Умения (особенно навыки) формируются только в применении знаний. При решении задач формируются как репродуктивные умения, так и творческие. Различие обусловлено подбором задач, процессом их решения. Важно подчеркнуть, что при решении задач формируются общеучебные умения: оформление записей, работа со справочной литературой и др.
Параллельно (на микроуровне или психологическом уровне рассмотрения) происходит умственное развитие школьников: формируются важнейшие познавательные процессы (см. таблицу 9), возникают и совершенствуются такие качества личности как настойчивость, воля, аккуратность, внимательность и др.
3. Редко в полной мере в учебном процессе используют воспитательные возможности задач. С помощью задач реально знакомить школьников с основными направлениями научно-технического прогресса (электрификация, теплофикация, мелиорация, механизация, автоматизация, охрана природы, создание материалов с заданными свойствами). Здесь знания доводятся до числа, до конкретного технического объекта данной местности. Особо подчеркнем возможность знакомить учащихся с планами развития техники, достижениями ученых страны. Например, это могут быть задачи об оптимальной скорости работы станков, сравнение мощностей новых тракторов (К-700) с ранее выпущенными (ДТ-54) и др.
Огромное воспитательное значение имеет знакомство учащихся с историей отечественной науки и техники. Здесь уместны задания, например, с таблицей ввода электростанций и их характеристик в России и США. Полезно составлять задания на основе таблиц, схем, рисунков устройств исторических опытов. Важно также использовать материал местного производства для составления и решения задач.
4. Специально отметим развитие эстетических чувств при решении задач. Радость интеллектуального труда прямо проявляется при решении задач. Для этого существенен подбор задач, чтение условий (эмоциональность, дикция), эксперимент, коллективная или индивидуальная работа, мотивы (оценка, поощрение и т.п.) и другое.
IV. Классификация школьных учебных задач по физике:
1. По характеру требования:
а) На нахождение искомого (на распознавание).
б) На конструирование (требуют ответа на вопросы: «Как сделать?»).
в) На доказательство, исследовательские (требуют ответа на вопрос «Почему?»).
2. По содержанию:
а) На один раздел, теорию (механика и др.) и комбинированные.
б) Абстрактные и сюжетные (политехнические, технические, краеведческим содержанием, исторические, занимательные, военным содержанием, на материале природы...).
3. По способу задания и решения:
а) Качественные (устные и письменные).
б) Количественные (устные и письменные).
в) Графические, на основе рисунков, таблиц и т.п.
г) Экспериментальные.
д) На конкретные приемы и методы решения (алгебраический, геометрический, метод размерностей и др.).
е) Составление задач.
4. По цели:
а) Иллюстративные.
б) Тренировочные.
в) Творческие, познавательные, на формирование интеллектуальных умений (обобщения, аналогии и др.).
г) Контрольные.
д) Обзорные.
е) Для реализации целей воспитания.
V. Основы методики решения задач:
1. При решении всех задач должна выполняться следующая последовательность деятельности школьников: анализ задачи (текста) и физического явления; определение идеи и плана решения; решение; анализ решения, выводы (таблица 18).
2. При анализе физического явления выполняется общая логика познания физических систем: выделение системы – определение состояния движения – характеристики состояния – характеристики движения – выяснение причин явления (движения) – определение явления – выяснение законов явления – описание явления...
3. Мотивация и интерес обеспечиваются: разнообразием задач, их актуальностью и посильностью для ученика, проблемностью задач, связью задач с экспериментом, оценкой, единообразием логики решения и правил оформления решения задач и др.
4. Использование задач во всех формах учебных занятий, организация широкой внеклассной работы в этом направлении и др.
5. НОТ учителя при работе с задачами: богатый подбор задач, дидактический материал к каждому уроку, свободное решение и оформление решения всех задач, любовь к решению задач и др.
VI. Экспериментальные задачи как средство усвоения теории. Приведем примеры задач из темы «Давление твердых тел жидкостей и газов».
- Оборудование: сосуд с водой, мячик, цилиндр от «ведерка Архимеда». На оба ли погруженных в воду тела действует выталкивающая сила?
- Оборудование: два тела равной массы, но разного объема, сосуды с водой, весы. Изменится ли равновесие весов, если тела отпустить в воду?
- Опыт с ведерком Архимеда можно поставить как ряд задач, что позволит ответить на вопрос о величине силы Архимеда. (Этим заканчивается введение нового важнейшего понятия «выталкивающая сила». Далее формирование понятия продолжается при изучении плавания тел. Это тоже достигается методом решения экспериментальных задач.)
- Одинакова ли глубина погружения в воду двух тел одинакового размера (дерево и пенопласт)? Отличается ли глубина погружения тела от того, в какую жидкость помещается тело? (Изменится ли глубина погружения тела в жидкость, если жидкость поменять?)
- Сравните архимедову силу с величиной силы тяжести. Оборудование: две пробирки, песок, мензурка, динамометр.
- Можно ли заставить картофелину плавать? Можно ли заставить плавать в воде кусок пластилина? Оборудование подобрать самостоятельно.
- Какой груз может поднять плот из "пенопласта"? Оборудование подобрать самостоятельно.
- Нарушится ли равновесие весов, если выпустить воздух из камеры футбольного мяча (рисунок)?
Таблица 18
Чтение текста задачи, запись условия, работа с терминами и др.
Выделение явления и его качественное описание: Какие объекты изучаются? Каково их движение? Какова причина движения? Какова модель объекта (или системы)? Каков характер взаимодействия? Какими физическими величинами характеризуется рассматриваемая система? Можно ли ее считать замкнутой? (и др.) Выполнение рисунка и др.
(Первый этап - важнейший этап решения: создается образ явления, в процессе анализа усваивается метод выделения и описания физического явления. В разных теориях при анализе явления имеются свои особенности. На данном этапе желательны постановка опытов, выполнение рисунков, графиков, схем, организация диалога и др.)
Определение вида движения физической системы. Определение явления. Выяснение характера условия и требования задачи. Определение законов рассматриваемых явлений.
(На этапе подводится итог анализу физического явления. На основе синтеза представлений выдвигается идея (гипотеза) решения. При решении сложных или экспериментальных задач необходим развернутый план решения.)
Запись уравнений законов. Поиск дополнительных соотношений. Математические действия.
(Строится и решается математическая модель рассматриваемого явления. Используется дедуктивный вывод.)
Анализ ответа в общем виде. Проверка решения. Оценка правдоподобности ответа и др. Поиск иных решений.
("Эксперимент" над задачей: определение границ ее формулировки, составление новых задач и др.)
- Определить плотность жидкости, используя динамометр, гирю известной массы и вещества.
- Определить то-то и то-то, используя то-то и то-то...
(Формирование понятия «архимедова сила» доводится до применения его для вычисления других физических величин и т.п.)
|
