Роль экспериментальных задач в повышения качества знаний по физике

За последние десятилетия в связи с вступлением мировой цивилизации в век информатизации и наукоемких технологий роль общеобразовательной средней школы изменилась. По опыту многих стран оказалось, что в новых условиях не только и не столько интеллектуальная элита, как прежде, а качество и уровень общего среднего образования подрастающего поколения в массовой школе определяют интеллектуальный потенциал нации, потенциал народа и государства.

Проблема повышения качества знаний обучающихся по физике разрешается в средней школе различными путями, в частности, усилением экспериментальной стороны преподавания, организацией самостоятельной работы учащихся. Этим целям прекрасно служат экспериментальные задачи, решение которых находится опытным путем.

Эти задачи дают возможность учащемуся проявить творческую самостоятельность, и приучают его при решении конкретных вопросов исходить из неразрывной связи теории с опытом. Вследствие этой связи весь ход решения задачи и его физический смысл приобретают особую ясность для обучающихся. Показ даже большого количества опытов на уроках физики сам по себе еще не обеспечивает в нужной степени осуществления основных этапов процесса познания и тем самым недостаточно способствует приобретению осознанных и активных знаний, т.е. таких знаний, которые могли бы быть самостоятельно использованы учениками для решения практических вопросов. Постановка экспериментальных задач показывает учащимся физические законы в действии, выявляет объективность законов природы, их обязательное выполнение показывает использование людьми знаний законов природы для предвидения явлений и управления ими, важность их изучения для достижения конкретных, практических целей.

Особенно ценным надо признать такие экспериментальные задачи, данные для решений которых берутся из опыта, протекающего на глазах учащихся, а правильность решения проверяется опытом или контрольным прибором. В этом случае теоретические положения, изучаемые в курсе физики, приобретают особенную жизненность и значимость в глазах учащихся. Решение экспериментальных задач помогает учащимся глубже и полнее осмыслить и понять изученную закономерность, так как показывает ее в действии в совершенно конкретной обстановке, где каждые из величин, входящих в закономерность, выступает перед учениками вполне реально и в реально действующих взаимосвязях.

Постановка экспериментальных задач помогает вскрывать недопонятое, ошибочно представляемое учащимися, причем задача может быть очень простой, но заставляющей учащихся выявить их внутреннее понимание вопроса, а не формальное знание его. В случае текстовой постановки задачи или при помощи рисунка, заменяющего вещественную установку, такого интереса и беспокойства за правильность решения не возникает. Повышенный интерес при решении экспериментальных задач можно наблюдать в любом классе, при постановке любой экспериментальной задачи. Это отмечают все учителя, обращающиеся в своей практике к экспериментальным задачам. И этот интерес отнюдь не развлекательного характера, не отвлекающий учеников от содержания урока, а наоборот, направляющий их внимание в нужную сторону и обеспечивающий лучшее усвоение разбираемого на уроке материала. Конкретные вещественные установки сосредотачивают внимание учащихся на поставленном вопросе вне зависимости от внешней эффектности самой установки или ожидаемого явления, а в силу своей непосредственной связи с жизнью, с природой. Установка может быть самой обычной, интерес рождается не ею, а возможностью использовать свои знания для предвидения реального события. Решение экспериментальных задач и особенно количественных, конечно, дело несколько более сложное, чем решение текстовых задач, так как проверка решения практикой заставляет и многое учитывать, и быть очень внимательным к экспериментальной части задач и к вычислениям.

Решение экспериментальных задач может идти следующим путем:

1. Учащиеся знакомятся с экспериментальной установкой. Если нужно, делается чертеж, записываются условия задачи, а в необходимых случаях и дополнительные вопросы к ней.

2. Устанавливается физическая сущность явления закона, которому оно подчиняется. Намечается путь опытного решения задачи.

3. Осуществляется опытное решение задачи и проделываются нужные вычисления, если они предусмотрены данной задачей.

4. Полученные результаты обсуждаются всеми участниками решения задачи.

Экспериментальная установка дается в руки учащихся только после того, как преподаватель получил с ее помощью вполне четкие и устойчивые результаты.

При изучении уравнения Клапейрона, я ученикам предлагаю, такаю экспериментальную задачу: "Как, имея теплоприемник и жидкостный манометр, определить изменение температуры воздуха внутри теплоприемника?"

При решении этой задачи ученику приходится сначала осмыслить физическое явление или закономерность, выявить, какие данные ему нужны, продумать способы и возможности их определения, найти их и только на заключительном этапе уже вполне осмысленно подставить в формулу. Используется такое оборудование: водяной манометр с теплоприемником, барометр и термометр.

Решение задачи: если воздух в теплоприемнике каким-то образом будет прогрет и его температура изменится от Т до Т, то уровень воды в левом колене манометра поднимется и из уравнения Клапейрона вытекает соотношение:

(☼)

где р -атмосферное давление; V -начальный объем воздуха в правой части установки (т.е. в правом колене трубки манометра и теплоприемника); S -площадь поперечного сечения трубки манометра

Очевидно, что << V (это можно - доказать экспериментально), и соотношение (☼) принимает вид:

Хорошо известно, что эффективность усвоения значительно увеличивается при использовании демонстраций. Исследования показали, что продемонстрировать ту или иную операцию с прибором эффективнее, чем рассказать о ней.

Тема "Газовые законы" позволит поставить экспериментальные задачи, связанные с определением атмосферного давления без барометра, температуры жидкости или газа без термометра, давления, без манометра, т.е. показать учащимся использование газовых законов для косвенных измерений, без специальных приборов, например: «Как можно использовать одноразовый шприц для проверки закона Бойля—Мариотта?» Здесь требуется переосмысление назначения шприца, использование принципа его действия для других, вовсе не медицинских целей.

Решение задачи: Если герметически закрыть отверстие в цилиндре шприца и изменять давление на воздух под поршнем, то объем воздуха будет изменяться в соответствии с законом Бойля—Мариотта. При этом объем можно измерять по делениям на корпусе шприца, а силу давления при помощи напольных весов.

Развитие определенных качеств личности зависит от того, насколько они проявляются в деятельности. Домашние задания экспериментального характера воспитывают самостоятельность и ответственность. На уроке развитие этих качеств может быть лишь намечено, но не реализовано полностью, так как для этого необходимы постоянные осознанные действия ученика, у него нередко нет выбора, когда, в какой последовательности, за какое время и какими средствами выполнять задание на уроке. Домашний же опыт требует от школьника умения правильно распределять свое время и планировать, научиться делать это самостоятельно. Могут возникать ситуации нравственного испытания, когда ученику приходится преодолевать внутренние конфликты, например, ситуация выбора между проведением интересного занимательного опыта и, к примеру, просмотра телевизионной передачи. Такая ситуация может возникнуть, если задание дано коллективное и ученик не может подвести своих товарищей. Например, при подготовке к обобщающим заключительным урокам по темам курса физики, где ученики будут представлять и защищать свои домашние экспериментальные работы группами или, если ученику дано ответственное задание изготовить прибор, который будет необходим на следующем уроке, он не может подвести учителя и т.п. Таким образом, пока он не сделает такое домашнее задание, он не может заняться другими делами, процесс преодоления закаляет волю. Закаляют волю и трудности в ситуации, когда не удается что-то выполнить, несмотря на все усилия. Никак не удается сделать прибор так, чтобы он хорошо работал и красиво выглядел, лучше всех в классе, или заданный учителем опыт не с первой попытки проходит так, как нужно и т.п. Эти трудности естественны и необходимы для укрепления характера, точно так же, как и чувство удовлетворения и гордость, когда «невыполнимое» задание все-таки преодолено.

Основным достоинством экспериментальных задач является их вещественная постановка, их непосредственная связь с реальными явлениями, протекающими на глазах учащихся.

Недостатком экспериментальных задач является тематическая ограниченность их содержания, вызываемая специфичностью школьной обстановки и экспериментальной базы кабинета физики. Постановка экспериментальных задач возможна и желательна во всех классах, в которых преподается физика, начиная с 7 по 11 включительно.

Постановка экспериментальных задач в младших классах способствует сознательному усвоению учащимися, таких основных для дальнейшего изучения физики понятий, как давление, сила давления, механическая работа. В старших классах объем изучаемого материала по физике, математическая подготовка и возрастные особенности учащихся создают для постановки экспериментальных задач еще более благоприятные условия, чем в 7-9 классах.

Мои наблюдения, беседы, анкетирование учащихся, анализ их деятельности на уроках, анализ результатов выполнения экспериментальных домашних задач, участие в олимпиадах выявило повышение интереса учащихся. Если раньше за урок ребята задавали 1-2 вопроса, то после уроков с использованием экспериментальных задач число вопросов резко возрастает, причём характер вопросов изменяется. Ребята стремятся проникнуть в сущность объекта изучения, с особым интересом подходят к выбору различных способов решения задач, на уроках стали возникать кратковременные споры, в общем, класс становится активнее. После уроков ученики чаще стали собираться вокруг учительского стола или около установки, разбирая и доказывая друг другу правильность их рассуждений, предлагая свои способы решения. Учащиеся стали больше работать дома. Когда предлагались экспериментальные задачи, в классе наступает оживление, учащиеся активнее работают, а число учащихся желающих посещать элективные курсы с каждым годом увеличивается. В данном направлении работаю около 10 лет, за это время разработала и успешно реализую авторский элективный курс для учащихся «Учимся решать экспериментальные задачи», который стал победителем областного конкурса «Лучший элективный курс для предпрофильной подготовки и профильного обучения» и рекомендован МО Саратовской области для использования в учебном процессе.

Хотелось бы особо отметить, что не все учебники физики радуют экспериментальными заданиями, а отсутствие таких задач снижает действие эмоционального компонента в обучении физике.

Навык использования знаний по физике для решения практических вопросов помогает учащимся осуществлять аналогичные действия и по отношению ко всей сумме имеющихся у них знаний законов природы, чем и устанавливается глубокая связь между различными учебными предметами.

Литература:

1. Антипин И.Г. Экспериментальные задачи по физике в 6-7 классах - М, 1974.

2. Ланге В.Н. Экспериментальные физические задачи на смекалку. - М.,1985.

3. Мошков С.С. Экспериментальные задачи по физике. Ленинград,1955.