Домашні фізичні експерименти

Домашні фізичні експерименти

матеріали з досвіду роботи

Загальні поняття про шкільний експеримент

Проблеми сучасної освіти хвилюють усе наше суспільство. Це зумовлено не лише потребою суттєвої модернізації галузі, а й різновекторністю бачення, оцінками стану освіти й підходами до її якісного вдосконалення. Суспільство і держава прагне зберегти і розвинути усе краще, виходячи з загальних соціально-економічних та політичних тенденцій, що визначатимуть ближчу і віддалену перспективу нашого суспільного поступу. Його шлях визначено Національною доктриною розвитку освіти України в ХХІ столітті та Державною національною програмою „Освіта”, котрі окреслюють напрями подальшого розвитку освіти впродовж 25 років – тобто на час природної зміни поколінь.

Тріада “доступність-якість-ефективність” визначає основні складники шкільної освіти. Якісна освіта в сучасному розумінні має задовольнити ті вимоги, які ставить до кожної особи швидко змінюване суспільство. За таких умов пріоритет створює увага до навчального змісту і методик, що формують світогляд, цінності культури, уміння самостійно вчитись, критично мислити, користуватись комп’ютером, здатність до самопізнання та самореалізації особистості в різних видах творчої діяльності, вміння і навички, необхідні для життєвого і професійного вибору.

Перш ніж вести перебудову системи фізичної освіти, треба чітко визначити мету вивчення фізики — фундаментальної науки про природу.

Фізика є фундаментальною наукою, яка вивчає загальні закономірності перебігу природних явищ, закладає основи світорозуміння на різних рівнях пізнання природи і дає загальне обґрунтування природничо-наукової картини світу. Сучасна фізика, крім наукового, має важливе соціокультурне значення. Вона стала невід’ємною складовою культури високотехнологічного інформаційного суспільства. Фундаментальний характер фізичного знання як філософії науки і методології природознавства, теоретичної основи сучасної техніки і виробничих технологій визначає освітнє, світоглядне та виховне значення шкільного курсу фізики як навчального предмету.

Вивчення фізики є основою формування наукової картини світу, світогляду людини, її філософії. Фізика є також фундаментом для перетворювальної діяльності людини: створення нової техніки, технологій, розширення пізнавальних можливостей людства.

Основна мета шкільного курсу фізики досягається розкриттям взаємозв’язку теорії і практики, експерименту й абстрактних моделей.

Загальновизнаною ідеєю сучасного навчання вважається його відповідність розвитку науки, а також тим методам пізнання, які в науці є вирішальними. В пояснювальній записці до програми з фізики мовиться про необхідність ознайомлення учнів з методами науки. Ця вимога не випадкова. Педагогічні дослідження і практика доводять, що методи науки в навчально-виховному процесі можуть виконувати важливі дидактичні і методичні функції. Методи фізичної науки поділяються на теоретичні і експериментальні. В аспекті даної роботи особливий інтерес представляють останні.

Історично у класичній фізиці склалося так, що спочатку нагромаджувалися факти, проводились експерименти, висновки про які потім систематизувалися й узагальнювалися. На їх підставі вчені висловлювали концептуальні ідеї, пропонували теоретичні моделі, завдяки яким факти отримували певну інтерпретацію. Згодом встановлювалися закони, формулювалися принципи, на основі яких створювалися теорії. Такий пізнавальний цикл фізики спрямовувався на пояснення фізичних явищ і процесів, оточуючого світу.

Тому головна мета навчання фізики в середній школі полягає в розвитку особистості учнів засобами фізики як навчального предмету, зокрема завдяки формуванню в них фізичного знання про явища природи, наукового світогляду і відповідного стилю мислення, екологічної культури, розвитку в них експериментальних умінь і дослідницьких навиків, творчих здібностей і схильності до креативного мислення. Відповідно до цього зміст фізичної освіти спрямовано на опанування учнями наукових фактів і фундаментальних ідей, усвідомлення ними суті понять і законів, принципів і теорій, які дають змогу пояснити перебіг фізичних явищ і процесів, з’ясувати їхні закономірності, характеризувати сучасну фізичну картину світу, зрозуміти наукові основи сучасного виробництва, техніки і технологій, оволодіти основними методами наукового пізнання і використати набуті знання в практичній діяльності.

Проблема формування творчої активності учня — одна з найактуальніших у теорії педагогічної науки і практиці шкільного навчання. Учені-дидакти, передові вчителі фізики стверджують, що найбільша роль у розвитку творчої активності учнів належить саме фізичному експерименту, в ході якого учні вчаться спостерігати явища; визначати умови, за яких вони виникають; якісно і кількісно оцінювати явища; знаходити причинно-наслідкові зв’язки між ними; робити самостійні висновки.

Особливе місце серед фізичних експериментів займають фундаментальні досліди. У методичній літературі мало прикладів, які дають можливість учням ознайомитись з результатами фундаментальних експериментів. Відомий фізик Поль Ланжевен зазначав, що «ніщо так не сприяє загальному развитку і формуванню дитячої свідомості, як знайомство з історією людських зусиль в галузі науки».

Тому характерною ознакою навчальних програм з фізики третього тисячоліття в Україні повинне бути значне посилення ролі шкільного фізичного експерименту, а особливо класичних фундаментальних експериментів.

До них звичайно відносять досліди, які привели до відкриття найважливіших фізичних законів або явищ, досліди, покладені в основу фізичної теорії або що підтвердили її справедливість, досліди, в ході яких були знайдені значення фізичних констант.

Вивчення фундаментальних дослідів дозволяє познайомити учнів з історією розвитку фізики, становленням і еволюцією фізичної науки, з біографіями учених і тим самим представити фізику в контексті культури. Це корисно учням всіх профілів навчання: як гуманітарного, так і фізико-математичного і загальноосвітнього.

Вивчення у школі основних фундаментальних експериментів дозволяє поглибити і розширити уявлення учнів про експериментальний метод пізнання у фізиці, про роль і місце експерименту в становленні фізичного знання, про взаємозв'язок теорії і експерименту. Виконання учнями деяких фундаментальних дослідів з використанням фізичних приладів дозволяє здійснити внесок у формування в них експериментальних умінь. Таким чином, в ході вивчення фундаментальних експериментів створюються умови для вирішення, зокрема, наступних освітніх завдань: здобуття учнями знань про цикли наукового пізнання, про місце експерименту в ньому, про співвідношення теорії і експерименту; про роль і місце класичних дослідів в історії розвитку фізичної науки; про історію розвитку фізики; про наукову діяльність учених і біографії вчених; набуття учнями умінь планувати эксперимент; відбирати прилади для виконання експерименту; виконувати експеримент; застосовувати математичні методи до розв’язування теоретичних задач; набуття учнями загальнонавчальних умінь: працювати з засобами інформації; готувати повідомлення і доповіді, оформляти і представляти їх; використовувати технічні засоби навчання і засоби нових інформаційних технологій; брати участь в дискусії.

Вперше розробка методичних основ вивчення таких експериментів в шкільному курсі фізики була зроблена Л.І. Рєзніковим. Він писав про важливість, вивчення меж застосування законів i теорії: «В мipy нагромадження в учнів знань з фізики поступово перед ними розкривається діалектика розвитку фізики i невпинне наближення до пізнання ще не відкритих законів природи, й руху до все глибшого відображення світу».

Надалі ці основи одержали розвиток в роботах інших методистів і практиці багатьох вчителів. Ряд фундаментальних експериментів знайшли своє віддзеркалення в навчальних програмах і підручниках.

Науково-дослідницька робота учнів

Фізика – наука експериментальна. Оскільки між фізикою – наукою і фізикою – навчальним предметом існує тісний зв'язок, процес навчання фізики полягає в послідовному формуванні нових для учнів фізичних понять і теорій на основі не багатьох фундаментальних положень, що опираються на дослід. У ході цього процесу знаходить відображення індуктивний характер встановлення основних фізичних закономірностей на базі експерименту і дедуктивний характер виведення наслідків із встановлених таким чином закономірностей з використанням доступного для учнів математичного апарату.

Використання експерименту в навчальному процесі з фізики дозволяє:

1. показати явища, що вивчаються, в педагогічно трансформованому вигляді і тим самим створити необхідну експериментальну базу для їх вивчення;
2. проілюструвати встановлені в науці закони і закономірності в доступному для учнів вигляді і зробити їх зміст зрозумілим для учнів;
3. підвищити наочність викладання;
4. ознайомити учнів з експериментальним методом дослідження фізичних явищ;
5. показати застосування фізичних явищ, що вивчаються, в техніці, технологіях та побуті;
6. посилити інтерес учнів до вивчення фізики;
7. формувати політехнічні та дослідно-експериментаторські навички.

Навчальний експеримент безпосередньо зв'язаний з науковим фізичним експериментом, під яким розуміють систему цілеспрямованого вивчення природи шляхом чітко спланованого відтворення фізичних явищ в лабораторних умовах з подальшим аналізом і узагальненням одержаних за допомогою приладів експериментальних даних. Від спостереження експеримент відрізняється активним втручанням у хід фізичних явищ за допомогою експериментальних засобів.

Науковий експеримент є основою навчального фізичного експерименту, якому він дає експериментальні засоби, методи дослідження і фактологічний матеріал. Але повної тотожності між ними немає. Головна відмінність полягає в тому, що науковий експеримент ставиться з метою дослідження природи і одержання нових знань про неї, а навчальний експеримент покликаний довести ці знання до учнів.

Зрозуміло, що в шкільному експерименті на уроці фізики використовується переважно навчальний у вигляді лабораторної роботи, на якій теоретичні знання лише перевіряються.

Для підвищення інтересу учнів до вивчення фізики, доцільно залучати їх до творчої, самостійної науково-дослідницької роботи. Такий вид діяльності є невід’ємним чинником інтелектуального розвитку дитини.

Зрозуміло, що досліди, які задаються додому, не повинні вимагати використання складних приладів та суттєвих матеріальних витрат. Це мають бути досліди з водою, повітрям, з предметами, які є в кожному будинку. Наукова цінність таких дослідів, на перший погляд, мінімальна, але з іншого боку учень зможе сам перевірити відкритий багато років тому важливий закон чи явище. Дослід – завдання творче, виконуючи його самостійно, учень, бажаючи того чи ні, задумується як простіше виконати дослід, де зустрічався він з подібним явищем на практиці, де ще дане явище буде корисним тощо.

Для ефективного і результативного проведення домашнього експерименту потрібно надати учням достатньо детальний опис досліду із зазначенням необхідного обладнання, причому дуже корисно акцентувати увагу учнів на важливих етапах досліду. У шкільних підручниках з фізики рідко можна зустріти опис дослідів, які рекомендуються учням для самостійного виконання вдома. Тому,  якщо вчитель пропонує учням виконати експеримент вдома, обов’язково за цих обставин дати детальний інструктаж про те, як його виконати, які особливості його перебігу та аналізу одержаних результатів.

Без експерименту не можна організувати раціонального вивчення фізики. Якщо вчитель надає перевагу словесним методам навчання, це часто приводить до формалізму і механічного запам’ятовування. Тому всі зусилля вчителя фізики повинні бути спрямовані на те, щоб учні бачили дослід і самі виконували його, бачили фізичні прилади вчителя і мали можливість працювати з ними.

Домашні експериментальні роботи  – найпростіший самостійний експеримент, який виконується учнями вдома, поза школою, без безпосереднього контролю з боку вчителя за ходом роботи.

Головні завдання таких експериментальних робіт: формувати вміння спостерігати фізичні явища в природі та побуті; формувати вміння виконувати вимірювання за допомогою вимірювальних засобів, що використовуються в побуті; формувати інтерес до експерименту і до вивчення фізики; формувати самостійність і активність.

Домашні лабораторні роботи можуть бути класифіковані в залежності від обладнання на:

а) роботи, в яких використовуються предмети домашнього вжитку і підручні матеріали (мірний стакан, рулетка, побутові ваги);

б) роботи, в яких  використовуються саморобні прилади (важільні терези, електроскоп);

в) роботи, що виконуються на приладах, які випускаються промисловістю.

Домашні досліди і спостереження з фізики, які проводяться самими учнями: дають можливість  школі розширювати сферу взаємозв’язку теорії з практикою; розвивають в учнів інтерес до фізики та техніки; пробуджують творчу думку в учнів та розвивають здібності до винахідництва; привчають учнів до самостійної дослідницької роботи; виробляють в учнів цінні якості: спостережливість, увагу, ціле направленість і акуратність; доповнюють класні лабораторні роботи тим матеріалом, який не може бути виконаний в класі (ряд довготривалих спостережень, спостереження природних явищ); привчають учнів до усвідомленої праці.

На жаль, не отримала підтримки та поширення ідея, яка висловлена досить давно, що учні повинні мати свою домашню лабораторію. В ній мають бути такі прилади: лінійка, мензурка, терези, динамометр, трибометр, магніт, годинник із секундною стрілкою, залізні ошурки, провідники, батарейка, лампочка.

Як свідчить практика, систематичне виконання учнями експериментальних лабораторних робіт дає змогу свідомо сприймати навчальний матеріал, підвищує інтерес до фізики, розвиває допитливість.

Наведемо кілька прикладів домашніх експериментальних робіт.
Приклади завдань для науково-дослідницької роботи

1. Продумайте та проведіть експеримент, що засвідчує явище дифузії. Зробіть звіт.
2. Сконструюйте динамометр. В звіті зазначте ті основні закони, які ви враховували при розробці даного приладу.
3. Як, маючи дощечку, молоток, два цвяхи, спиртівку й пінцет, показати, що розмір монети в 5 копійок під час нагрівання збільшується? Виконайте відповідний дослід, поясніть явище.
4. Виготовте найпростіший аналог фотометра.
5. Станьте увечері неподалік від вуличного ліхтаря. Уважно роздивіться свою тінь. Задокументуйте побачене, поясніть результат спостереження.
6. Перевірте на досліді властивість ока змінювати діаметр зіниці залежно від освітленості об’єкта розглядання.
7. Визначте середню швидкість, я якою ви зазвичай ідете від дому до школи.
8. Визначити, у скільки разів зміниться тиск, створюваний вашим письмовим столом на підлогу, якщо його перевернути ніжками догори.
9. З’ясуйте за допомогою експерименту, як залежить ККД похилої площини від кута її нахилу.
10.                     Візьміть добре зволожену та віджату серветку, покладіть іі на блюдце, а блюдце поставте в холодильну камеру. Спостерігайте за нею декілька днів. Напишіть звіт.
11.                     Визначте прискорення вільного падіння в домашніх умовах.
12.                     Обрахуйте тиск стільця на підлогу, якщо ви сидите на стільці, не доторкаючись ногами до підлоги.

Приклади учнівських звітів по домашнім експериментам

1. Залежність температури кипіння води від тиску

2. Дослідження сублімації

3. Дослідження кипіння.

Такі звіти учні подають як на папері, так і в електронному вигляді, передають через електронну пошту. Крім того, в деяких випадках проводиться семінар, на якому учні по можливості демонструють підготовлені експерименти та проводиться захист роботи та її обговорення. Підхід до оформлення звіту – це творчий процес. Деякі учні роблять відео звіт, який розміщують або в vkontakte, або в youtube, після чого ці фрагменти переглядають вчитель та учні, обговорюють та оцінюють. Таким чином на уроках не витрачається час, а зацікавленість учнів збільшується, оскільки соціальні мережі зараз дуже популяризовані серед молоді.

Отже, використання у навчанні фізики домашніх експериментальних завдань матиме позитивний вплив на процес вивчення фізики та загальний розвиток учнів. Такі домашні завдання з фізики формуватимуть в учнів правильні уявлення про навколишній світ.