Решение экспериментальных задач по физике с использованием цифровых технологий
Решение экспериментальных задач по физике с использованием цифровых технологий как способ формирования навыков научного исследования
Автор: Хабарова Светлана Евгеньевна
МОУ "СОШ № 41", г. Борзя
Аннотация: В данной статье излагается один из способов формирования навыков научного исследования на примере решения экспериментальной задачи по физике с использованием цифровых технологий.
Ключевые слова: экспериментальные задачи, научное исследование, цифровые технологии, урок физики.
Тематическая рубрика: Средняя школа.
В настоящее время не может быть даже сомнений, что в школе при изучении физики обязательно необходимо применение учебного эксперимента.
К сожалению, как показывает проверка знаний школьников внутри страны, а также сравнительные международные исследования, учебно-воспитательные возможности обучения физике реализуются далеко не полностью. Физика, как и другие предметы, преподаются репродуктивными методами: путём заучивания теории и решения тренировочных задач по формулам. Демонстрационным опытам и лабораторным работам не уделяется должного внимания. Это ведёт к снижению интереса школьников к предмету и ухудшению качества результатов обучения. «Меловой метод» обучения прямо сказывается на качестве подготовки школьников [1].
Положения науки, воспринятые обучающимся, но не ставшие для них даже фактами из-за отсутствия наблюдений и опыта, только обременяют память. Они не дают понимания, не вырабатывают привычки самостоятельно и независимо рассуждать.
В системе школьного обучения физике особое место занимают экспериментальные задачи. Они получили широкое признание среди учителей. Важное значение экспериментальным задачам придавали такие крупные методисты, как И.И. Соколов, П.А. Знаменский, К.Н. Елизаров, В.А. Зибер [2].
Как и всякий эксперимент, экспериментальные задачи способствуют у ребят повышению активности на уроках, развитию логического мышления, учат анализировать физические явления, заставляют напряженно думать, привлекая все свои теоретические знания и практические навыки.
К экспериментальным задачам относятся такие физические задачи, постановка и решение которых органически связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами, сборкой установок электрических цепей и т.п. [2].
Большинство экспериментальных задач строится так, чтобы в ходе решения обучающийся сначала высказал предположение, обосновал выводы, а потом проверил их опытом. У учеников такой алгоритм действий вызывает большой интерес к задачам. А знания, полученные при правильном решении, остаются надолго в их памяти.
Конечно, в отличие от текстовых экспериментальные задачи, как правило, требуют больше времени на подготовку и решение, а также наличия у учащихся навыков в постановке эксперимента. Однако, решение именно таких задач повышает качество преподавания физики в школе, способствует развитию логического мышления у учащихся.
При решении экспериментальных задач повышается активность обучающихся на уроках. Экспериментальные задачи учат анализировать явления, заставляют ученика напряженно думать, привлекая все свои теоретические знания и практические навыки, полученные ранее на уроках физики.
Особенность экспериментальных задач заключается в том, что абстрактные научные знания по физике в представлении учащихся приобретают реальный смысл, приближая их к изучению окружающего мира [3].
Систематическое применение экспериментальных задач в процессе обучения способствует воспитанию у обучающихся естественно-научного мировоззрения.
Решая задачи и проверяя решение опытом, обучающиеся каждый раз убеждаются в достоверности получаемых знаний, в объективности физических законов. В том, что опыт является критерием теоретических знаний, что для человека представляют ценность только те знания, которые проверены практикой.
Научно-технический прогресс не стоит на месте. Более того, он повысил «спрос» на все виды творческого труда. Поэтому как никогда главной задачей нашей школы стало развитие творческих способностей обучающихся! И мы, учителя физики, должны способствовать этому, ставя в учебном процессе такие задачи, решение которых требует применения навыков научного исследования с использованием самого новейшего школьного оборудования
На базе школ района открываются центры дополнительного образования «Точка роста». Наша школа не стала исключением. Оборудование цифровой лаборатории естественно-научной направленности даёт возможность не только выполнять демонстрационные эксперименты, лабораторные и практические работы, но и решать задачи исследовательского характера.
Перед тем, как поделиться фрагментом урока-зачёта по теме «Закон Ома для полной цепи» в 10классе технологического профиля, я бы хотела обратить внимание на то, что подобные задачи очень нравятся сильным ученикам, обладающие развитым физическим мышлением, достаточной математической подготовкой и имеют интерес к работе с приборами.
Итак, перед решением задачи собираем электрическую цепь по схеме, изображенной на рис.1.
Рис. 1
Часть электрической цепи, обведенную пунктиром и содержащую источник тока ℇх и резистор Rх закрываем небольшой коробочкой. Получаем так называемый «черный ящик». Формулируем задачу: «Дан «чёрный ящик» с выводами В и D.С помощью источника тока (ИП-24) и амперметра определите, какая электрическая цепь находится внутри». Поясняем, что другие измерительные приборы включать нельзя. Необходимо получить факты, на основании которых можно сделать предположение о содержимом ящика. Обдумав задание, ребята, как правило, предлагают подключить источник тока ℇ и амперметр А (вернее, датчик, измеряющий силу тока) так, как показано на рис.1, а потом поменять полярность полюсов источника. Обучающиеся фиксируют тот факт, что ток не изменил направление, а сила тока уменьшилась в 2 раза. Этого результата можно достичь, если заранее подобрать ℇх и Rх. На основании этих факторов обучающиеся делают предположения о содержимом «чёрного ящика». Как правило, ребята предлагают варианты, изображенные на рис. 2
Рис. 2
Обязательно обращаем внимание обучающихся на то, что подтвердить правильность любого предположения могут экспериментально проверяемые следствия из него. Ставим вопрос: какой эксперимент может подтвердить правильность одной из электрических цепей на рис. 2? Обучающиеся в результате коллективного поиска наиболее простого опыта приходят к выводу, что необходимо убрать источник тока ℇ и замкнуть цепь. Если амперметр покажет некоторое значение силы тока, то в «чёрном ящике» есть источник тока. Значит, в нём не может находиться ни одна из электрических цепей, изображённых на рисунках 2, а-г.
Теперь ставим вопрос: какая же из цепей – представленная на рис. 2д или 2е – находится в «чёрном ящике»?
Выясняем с обучающимися, что в «чёрном ящике» не может находиться электрическая цепь, изображённая на рис. 2д, так как при включении источника тока ℇ в ней возникает ток короткого замыкания. Итак, приходим к выводу, что в «чёрном ящике» находится цепь, изображённая на рис. 2е.
Далее необходимо найти значение ℇх. Для этого необходимо составить уравнения: ...
Откуда получаем ℇх=3ℇ. Итак, зная значение силы тока, которое показывает амперметр, и ℇх, можно вычислить Rх. Произведя все вычисления, обучающиеся открывают «чёрный ящик».
Таким образом, в процессе исследования, обучающиеся проходят через все этапы научного творчества: от фактов к выдвижению гипотезы, затем к следствиям из неё и к эксперименту. Всё это способствует приобретению обучающимися навыков научного исследования [4].
Решение экспериментальных задач с использованием цифровых технологий способствует активному приобретению умений и навыков исследовательского характера, а также развитию творческих способностей. Обучающимся приходится не только составлять план решения задачи, но и определять конкретные способы получения данных. Учащимся необходимо самостоятельно собирать установки, отбирать, а порой даже конструировать нужные приборы для изучения физического явления. Организация обучения с использованием инновационных технологий способствует вовлечению обучащихся совместно с учителем в творческую учебную деятельность, помогает развивать их познавательную инициативу, обучать самостоятельному использованию различных средств учебного труда [5].
Разбор экспериментальных задач воспитывает у обучающихся критический подход к результатам измерений, необходимость обращать внимание на условия, при которых происходит эксперимент. Они убеждаются на практике, что результаты измерений всегда приближенные, так как на их точность влияют различные причины.
Также хотелось добавить, что экспериментальные задачи помогают обучающимся гораздо лучше решать традиционные расчётные задачи, решение которых часто сводится к подстановке данных из условия в формулы без уяснения физического смысла задачи. Как правило, экспериментальные задачи не имеют всех данных, необходимых для решения. Обучающемуся необходимо сначала осмыслить физическое явление, выявить, какие данные ему нужны, продумать способы и возможности их определения, найти их. И только на заключительном этапе подставить в формулу, что ученик делает уже осмысленно.
Литература:
1. Разумовский В.Г., Майер В.В. Физика в школе. Научный метод познания и обучение. М.: Гуманитарное издание центр ВЛАДОС, 2007. 463с. (Библиотека учителя физики)
2. Антипин И.Г. Экспериментальные задачи по физике в 6-7 классах. Пособие для учителей. М.: Просвещение, 1974. 127с.
3. Тарасова Н.М., Титова Р.И. Методика обучения учащихся решению экспериментальных задач по физике.
4. Дронова Р.В. Исследовательское обучение на примере урока «Физики». Учебно-методическое пособие для преподавателей, методистов и руководителей образовательных учреждений. Ростов-на-Дону.: ГБПОУ РО «РКСИ», 2017. 12с.
5. Старикова М.Г. Современный урок: пособие для педагогов, администраций общеобразовательных учреждений, работников Р(Г)УМК / [сост. М.Г. Старикова]. 3-е изд. Мозырь: Белый Ветер, 2012, 95с.
