Лекция 10. Лабораторные работы с физики

Литература

4, с. 171 - 190; 12, с. 103 - 110; 23.

1. Проблему развития мышления школьников нельзя закрывать усвоением умственных действий учениками, поскольку умение ученика теоретически рассуждать об определенной системе действий еще не обеспечивает умения выполнять эти же действия реально. Завершающим этапом в развитии умственных операций учеников является не становление умственного действия, а реализация этого действия в практической деятельности. Поэтому обучение физике предусматривает привлечение школьников к таким видам деятельности, которые позволяют использовать приобретенные знания на практике, в частности, к выполнению школьниками лабораторных работ.

Под лабораторными работами понимают такую организацию учебного физического эксперимента, при которой каждый ученик работает с приборами или установками.

Дидактическая роль лабораторных работ чрезвычайно большая. Восприятия при выполнении лабораторных работ основаны на большем и более разнообразном количестве чувственных впечатлений и становятся более глубокими и более полными сравнительно с восприятиями при наблюдении демонстрационного эксперимента. При выполнении лабораторных работ ученики учатся пользоваться физическими приборами как орудиями экспериментального познания, приобретают навыки практического характера. В некоторых случаях научная трактовка понятия становится возможной лишь после непосредственного ознакомления учеников с явлениями, что требует воссоздания опытов самими учениками, в том числе и во время выполнения лабораторных работ. Выполнение лабораторных работ способствует углублению знаний учеников из определенного раздела физики, приобретению новых знаний, ознакомлению с современной экспериментальной техникой, развитию логического мышления

Лабораторные работы имеют также важное воспитательное значение, поскольку они дисциплинируют учеников, приучают их к самостоятельной работе, прививают навыки лабораторной культуры.

2. Лабораторные работы из физики классифицируются за различными признаками:

· за содержанием - из механики, молекулярной физики, электродинамики, оптики и др.;

· за методами выполнения и обработки результатов - наблюдения, качественные опыты, измерительные работы, количественные исследования функциональных зависимостей величин;

· за мерой самостоятельности учеников во время выполнения - проверочные, эвристические, творческие;

· за дидактической целью - изучения нового, повторение, закрепление, наблюдение и изучение физических явлений, ознакомление с физическими приборами и измерение физических величин, ознакомление со строением и принципом действия физических приборов и технических установок, выявление или проверка количественных закономерностей, определения физических констант;

· за местом в учебном процессе - предыдущие, иллюстративные, итоговые;

· за организационным признаком - фронтальные лабораторные работы, физические практикумы, домашний эксперимент.

Последняя классификация самая общая и самая распространенная. Она дает возможность рассматривать эксперимент с точки зрения методов учебы, правильно определять место каждого из его видов в системе учебных занятий из физики, рационально подбирать учебное оборудование.

Фронтальные лабораторные работы - это такие занятия, в которых ученики сами воспроизводят и наблюдают физические явления или проводят измерение физических величин, пользуясь при этом специальным (лабораторным) оборудованием. Слово " фронтальный" означает, что в данном случае все ученики класса проводят одинаковый эксперимент, пользуясь при этом одинаковым оборудованием. Если длительность фронтальных лабораторных работ не превышает 10 -15 минут, то их часто называют фронтальными опытами. Фронтальные лабораторные работы проводятся во время изучения соответствующего материала.

Физическим практикумом называют такую форму проведения лабораторных работ, при которой все звенья или группы звеньев учеников получают разные задания усложненного содержания. Практикум проводится после изучения определенного раздела курса физики или чаще всего в конце учебного года. Его задания охватывают большие темы курса и требуют для своего выполнения сложной физической аппаратуры и экспериментальных установок.

Домашний эксперимент - лабораторные работы, которые выполняются учениками дома по заданию учителя. При этом ученики пользуются предметами домашнего употребления или самостоятельно изготовленными самыми простыми приборами.

3. Лабораторные работы могут быть выполнены одним из методов: репродуктивным, частично-поисковым (эвристическим) или исследовательским.

Репродуктивный метод выполнения лабораторной работы заключается в том, что в данном случае не предусматривается самостоятельное получение новых знаний, а лишь подтверждаются уже известные факты и истины или иллюстрируются теоретически установленные утверждения.

Выполнение лабораторных работ репродуктивным методом предусматривает проведение актуализации знаний учеников, повторение способа измерения необходимых физических величин, выяснения принципиальной схемы установки. После этого ученикам предлагается собрать схему установки, провести измерение, обработать результаты опыта и сделать соответствующие выводы.

Данный метод выполнения лабораторных работ является самым распространенным в практике обучения физики, но он имеет существенные недостатки: он рассчитан на воспроизводящую деятельность учеников и требует от них действий по образцу.

Частично-поисковый метод заключается в том, что учитель, систематически давая последовательные указания, руководит практическими действиями учеников, а затем своими вопросами направляет их умственную деятельность на анализ полученных из опытов результатов и на формулировку нового, раньше неизвестного им закона или факта. Этот метод позволяет органически включать в изложение нового материала лабораторный эксперимент как источник новых знаний, добытых учеником в результате своих наблюдений на самостоятельно собранной установке.

Частично-поисковым методом целесообразно пользоваться в тех случаях, когда все действия, которые должны выполнить ученики, уже усвоенные или выполняются легко. Данный метод может использоваться в работах, посвященных либо наблюдению явлений, либо установлению функциональных зависимостей между определенными физическими величинами.

При исследовательском методе выполнения ученики получают только задание, а пути его выполнения они отыскивают сами и самостоятельно проводят все этапы исследования - собирают установку, проводят измерение, обрабатывают результаты и тд.

Исследовательский метод в чистом виде может быть использован лишь в индивидуальной работе с сильными учениками. Но элементам этого метода необходимо учить всех учеников. Для этого в канун выполнения лабораторной работы целесообразно предложить ученикам продумать возможные способы непрямого измерения какой-либо величины, самим указать необходимые приборы и способы проведения измерений. Предложения учеников обсуждаются в классе и производится единственный подход к выполнению работы. Вся последующая работа выполняется учениками полностью самостоятельно. Роль учителя заключается лишь в контроле за действиями учеников.

Количественное соотношение между методами выполнения лабораторных работ нельзя определить нормативно, поскольку на их выбор влияет много факторов: соответствие избранного метода цели урока, подготовленность учеников к восприятию материала на определенном уровне, содержание эксперимента. Выбирая метод выполнения лабораторного эксперимента, учитель должен руководствоваться тем, что каждая работа должна обеспечивать выполнение программных требований к экспериментальной подготовке учеников, а именно обучение целесообразно организовывать в зоне ближайшего развития каждого школьника.

4.a) Количество и тематика фронтальных лабораторных работ из каждой темы школьного курса физики определяется учебной программой. При этом предусматривается, что в случае необходимости (отсутствие необходимого оборудования или условий) указанные работы можно заменить равноценными им работами. Для выполнения фронтальных лабораторных работ предусматривается использование специальных (лабораторных) приборов.

Подготовка до выполнения фронтальных лабораторных работ начинается из создания соответствующей материальной базы - подбору необходимых для выполнения работы приборов с таким расчетом, чтобы с одним набором работало 2 ученика. Выполнение фронтальных лабораторных работ проводится " парами", которые формируются таким образом, чтобы обеспечить высокую эффективность работы каждого ученика.

Накануне выполнения фронтальной лабораторной работы учитель сообщает ученикам тему работы и объем материала, который необходимо повторить для ее выполнения.

Занятие начинается из вступительного слова учителя и соответствующего инструктажа относительно выполнения работы (в зависимости от выбранного метода выполнения инструктаж будет носить разный характер и объем рассматриваемых вопросов). Учитель проводит также короткий инструктаж учеников из техники безопасности при выполнении данной работы и делает соответствующие записи в " Журнал инструктажу из техники безопасности", который содержится в кабинете физики.

Ученики записывают в тетрадях дату, номер и тему лабораторной работы, список приборов и материалов, чертят таблицу результатов измерений и вычислений.

Экспериментальную часть задания ученики выполняют самостоятельно под контролем учителя. В случае необходимости учитель оказывает ученикам помощь, обращает их внимание на приемы правильной работы с приборами, отмечает нарушение правил техники безопасности. Учитель фиксирует также качество и самостоятельность выполнения работы каждым учеником.

Результаты работы заносятся в тетрадь, где проводится их обработка и записывается соответствующий вывод (полученное значение ли физической величины).

Оценка за фронтальную лабораторную работу выставляется на основе заметок учителя и проверки отчета ученика. Эта оценка заносится в классный журнал.

4.б) Учебная программа из физики отводит определенное время на выполнение работ физического практикума в 9 - 11 классах. Здесь же наводится и ориентировочный перечень тем работ физического практикума в каждом классе. Учитель, в зависимости от целесообразности и возможностей, выбирает те работы, которые будут предложены ученикам для выполнения. Организационно эти работы могут быть одно- и двухчасовыми. В первом случае работы должны быть проще для выполнения и требовать меньших затрат времени, но их количество будет в два раза более большой. Для выполнения работ практикума используются более сложные приборы (сравнительно с приборами для фронтальных работ), что дает возможность точнее провести измерение и ознакомить учеников с приборами, которые используются для физических исследований.

При выполнении работ физического практикума одновременно выставляются все работы, которые выполняются звеньями учеников согласно специально сложенного графика.

До проведения практикума учитель готовит инструкции, которые содержат: цель работы, метод решения экспериментального задания, перечень необходимых приборов, порядок действий при выполнении эксперимента, таблицу результатов измерений и их обработки, контрольные вопросы.

До выполнения каждой работы ученики готовятся дома, повторяя теоретический материал. На занятиях они проводят экспериментальные исследования, получают и обрабатывают результаты, формулируют выводы и отчитываются перед учителем.

Первому занятию предшествует вступительная беседа, в ходе которой рассматриваются следующие организационные вопросы: проводится инструктаж из техники безопасности; выясняется, как готовиться к работе, что должен делать ученик на занятиях, какие требования ставятся к отчету о работе, как будет организован контроль и оценка работ учеников, знакомятся ученики с графиком выполнения работ.

В процессе выполнения работ учитель следит за качеством подготовки учеников к работе, за правильностью сбора установки и работы с измерительными приборами, за соблюдением учениками правил техники безопасности.

На основе своих наблюдений и поданного учениками отчета учитель выставляет общую оценку за работу в классный журнал. Во многих случаях учителя практикуют такую организацию зачетной работы, когда ученики " защищают" полученные результаты.

4.в) Методика использование домашнего эксперимента во время учебы физики имеет свои особенности. В частности, он должен быть органическим продолжением и дополнением той работы, которая выполнялась учениками в классе. Поэтому часто бывает целесообразным предлагать ученикам домашние экспериментальные задания после выполнения ими фронтальных лабораторных работ. Дифференциация таких заданий создает благоприятные условия для работы каждого ученика на оптимальном для него уровне. Домашние экспериментальные задания должны предусматривать использование бытовых и несложных самодельных приборов, а также материалов, которые есть дома у каждого ученика. Выполнение этих заданий не должно создавать ситуаций, которые могут угрожать жизни и здоровью детей.

Выполнение домашних экспериментальных заданий должно обсуждаться в классе с учениками, проверяться и оцениваться учителем.

5. Широкие возможности при выполнении лабораторного эксперимента из физики дает использование компьютерной техники на разных этапах этой работы. Использование компьютера позволяет графически подать какую-нибудь математическую функция (зависимость между определенными физическими величинами), моделировать физические процессы, сложные физические и технологические установки, рассматривать физические процессы в динамике. Применение аналого-цифровых преобразователей дает возможность использовать компьютер во время выполнения лабораторных работ для измерения физических величин и графической интерпретации протекания физических процессов. Применение электронно-вычислительной техники во время обработки результатов эксперимента позволяет избежать больших затрат учебного времени на выполнение однообразных вычислений и увеличить частицу творческой работы школьников.

Вместе с тем, используя компьютер в лабораторном эксперименте, следует помнить, что моделирование физических процессов на компьютере мало способствует формированию у школьников экспериментаторских умений и навыков. Ведь компьютер лишь моделирует физический эксперимент, а модель никогда не может подать исчерпывающие сведения о явлении. Поэтому использование компьютера в лабораторном эксперименте должно дополнять, но не подменивать его. Ученики должны уметь работать с реальными физическими приборами, собирать экспериментальные установки, пользоваться измерительными приборами. Моделирование же разнообразных ситуаций, например, во время работы " конструкторами электрических цепей" и другими аналогичными компьютерными программами, позволит быстрее познать закономерности тех или других процессов и явлений.