ЭКСПЕРИМЕНТ – ОДИН ИЗ ПУТЕЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ

ЭКСПЕРИМЕНТ – ОДИН ИЗ ПУТЕЙ МОДЕРНИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ

И.Н. Пахомова

Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина, Харьков, Украина

 

До настоящего времени предполагалось, что уровень знаний – это основное, что определяет успешность учащегося; компетентностный же подход к обучению полностью эти представления отвергает. Полагаясь на компетентностный подход к обучению, оценки учащихся прежде всего должны отражать всестороннее развитие учащегося, наличие и глубину мировоззренческих понятий, творческие способности, самостоятельность суждений, коммуникативные качества. На протяжении всего времени обучения учащихся нужно учить не столько знаниям, сколько компетенциям, чтобы обеспечить компетентностных специалистов. Если человек компетентностный, то он способен самостоятельно ставить перед собой задачу и находить пути решения. Но ни один человек не будет действовать, пока он лично в этом не заинтересован. Следовательно перед педагогами стоит задача заинтересовать учащихся своим предметом и, изучая предмет, развить или сформировать у учащихся компетенции. Гармоничное соединение различных компетенций на фоне заинтересованности приводит к органичному единению получения знаний и приобретения компетентности.

Физика занимает особое место как учебный предмет в школе. Она дает представление о научной картине мира, дает возможность экспериментировать, выдвигать и доказывать научные гипотезы. Но именно так будет происходить процесс научного познания, только если у учащихся возникнет интерес к предмету, одним из самых действенных мотивов к обучению является интерес. Из этого, конечно, не следует, что учеников нужно обучать только тому, что им интересно. Но сделать процесс обучения интересным, нестандартным, стремиться облегчить процесс познания, делая его привлекательным, – в этом действительная задача учителя. Еще Ушинский писал: «... учение, лишенное всякого интереса и взятое только силою принуждения убивает в ученике охоту к учению, без которого он далеко не уйдет».

Одним из средств повышения интереса учащихся к познавательной деятельности является эксперимент. Это может быть фронтальная лабораторная работа, опыт при объяснении новой темы, серия опытов для постановки проблемной ситуации на уроке, экспериментальная задача, а также лабораторная работа и физический практикум.

В ходе учебного эксперимента достигается оптимальное сочетание теории и практики, у учащихся возникает возможность совершать самостоятельно маленькие «научные открытия». Все это способствует формированию у учащихся способностей самооценивания, самоопределения, самореализации. Таким образом, мы видим одно из возможных направлений модернизации процесса обучения путем внедрения экспериментальных, практических видов работ. Экспериментальные работы нужно понимать в широком смысле; нужно учитывать не только результат, но и поиск решения. Такие виды работ и будут формировать базовые, ключевые компетенции учащихся. Например, в ходе эксперимента формируется обучающе-познавательная компетенция. Учащийся получает умения планировать, анализировать, оценивать результаты и ход эксперимента, учится отделять факты от домыслов и гипотез, учится находить и использовать различные методы познания. Также наряду с обучающе-познавательной компетенцией формируется коммуникативная компетенция (работа в группе). Нельзя забывать и о формировании информационной компетенции (умение самостоятельно выбирать нужную информацию).

Следовательно, и эксперимент, и поиск решения проблемы эмпирическим методом – это две неразрывные составляющие активизации учебной и познавательной деятельности на уроках физики. Учащийся, который самостоятельно может установить связь между знаниями и ситуацией, решить проблему, используя собственный опыт и самостоятельно добытую информацию, может считаться компетентностным.

Таким образом, перед учителями стоит проблема, как сделать изучение физики наглядным, доступным, с использованием оборудования, имеющегося в школьных лабораториях. Конечно, для одних учителей это не является проблемой, так как кабинет физики полностью укомплектован оборудованием, но что делать другим? Перед учителями стоит вопрос: как, имея элементарное оборудование, поставить работы физического практикума, чтобы охватить необходимые темы для повторения и дать возможность учащимся провести маленькие научные исследования. Хотя на данном этапе именно нехватка оборудования часто служит двигателем творческих находок. В данной работе предложены работы физического практикума, которые не требуют стандартного технического оборудования.

 

1. Определение перегрузки и веса тела, движущегося по вогнутой траектории

Груз, висящий на нити, отклоняем от положения равновесия и отпускаем. Используя закон сохранения энергии в замкнутой системе,

.      (1.1)

можно определить скорость тела v при прохождении нижней точки траектории. В начале движения груза , следовательно, ; в нижней точке траектории . Таким образом, закон сохранения энергии в замкнутой системе можно записать в следующем виде:

.         (1.2)

Зная формулы для потенциальной и кинетической энергий, получаем уравнение:

.          (1.3)

Скорость тела в нижней точке траектории находим по формуле

.                    (1.4)

Зная скорость груза, можно рассчитать центростремительное ускорение по формуле

,                (1.5)

где R – длина нити. При движении по вогнутой траектории вес тела определяется по формуле

.          (1.6)

Перегрузку можно рассчитать по формуле

.                 (1.7)

Выполнение работы

Оборудование: штатив с муфтой и кольцом, нить, груз массой 100 г, линейка.

1. Соберите установку, изображенную на рис. 1.1.

2. Измерьте длину нити R.

3. Отклоните груз от положения равновесия на высоту h (см. рис. 1.1). Измерьте эту высоту.

4. Отпустите груз и пронаблюдайте за его движением.

5. Определите скорость груза в нижней точке траектории по формуле (1.4).

6. Используя формулу (1.5), определите центростремительное ускорение груза в нижней точке траектории.

7. По формуле (1.6) определите вес тела.

8. Вычислите по формуле (1.7) перегрузку.

9. Проделайте опыт три раза, изменяя первоначальную высоту h.

10. Данные занесите в таблицу.

№	R, м	h, м	v, м/с	a, м/с2	P, Н	n
1.
2.
3.

11. Сделайте вывод.

Контрольные вопросы

1. Что называют весом тела, перегрузкой?

2. Сформулируйте закон сохранения энергии в замкнутой системе.

3. Как зависит вес тела в нижней точке траектории от первоначальной высоты h?

4. Как изменяется скорость груза при движении по вогнутой траектории при выполнении данной работы?

 

2. Изучение зависимости сопротивления электролита от температуры

Вещества, водные растворы или расплавы которых обладают ионной проводимостью, называются электролитами. Электролиты бывают твердые и жидкие. Жидкие электролиты это растворы солей, кислот и щелочей. Носителями электрического заряда в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. Рассмотрим распад молекулы CuSO₄ при растворении в воде. Молекула CuSO₄ является полярной, она состоит из положительно заряженного иона Cu²⁺ и отрицательно заряженного SO₄^2-. В воде происходит диссоциация молекулы CuSO₄ на ионы, так как взаимодействие между молекулами CuSO₄ и растворителя – H₂O значительно ослабляет взаимодействие между ионами растворенного вещества, следовательно, может происходить .

В данной работе надо исследовать зависимость сопротивления раствора CuSO₄ от температуры. Как известно, сопротивление металлов увеличивается практически пропорционально увеличению температуры, тогда как сопротивление электролитов с повышением температуры уменьшается, причем для различных электролитов зависимость не одинакова. Это можно объяснить усилением при нагревании процесса диссоциации и увеличением подвижности ионов вследствие уменьшения вязкости жидкости. Сопротивление электролита можно рассчитать, используя закон Ома для участка цепи , следовательно

          (2.1)

Выполнение работы

Оборудование мерный стакан с раствором CuSO₄, амперметр на 0.5 А, вольтметр на 6 В, два электрода, лабораторная плитка, термометр, ключ, источник тока, соединительные проводники, штатив с муфтой и лапкой для укрепления термометра.

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

№	t, C	T, К	U, B	I, A	R, Ом
1	30
2	40
3	60
4	80
5	90

2. Соберите установку, показанную на рисунке 1. Указание: в течение всего эксперимента не менять положение электродов друг относительно друга!

3. Рассчитайте цену деления вольтметра и амперметра.

4. Закрепите термометр в лапке штатива. Поместите электроды в стакан с раствором медного купороса, установленный на лабораторной электроплитке.

5. Получив разрешение, включите электроплитку в сеть и нагревайте раствор в стакане до 80С, затем плитку отключите от сети! Раствор будет продолжать нагреваться. Снимите показания при 90С.

6. При указанных температурах измерьте силу тока в цепи. Электрическую цепь замыкайте только на время снятия показаний. Примечание: наблюдение за показаниями приборов следует вести вдвоем – один записывает показания термометра, а другой одновременно снимает показания амперметра.

7. По формуле (2.1) вычислите сопротивление электролита. Данные занесите в таблицу.

8. Постройте график зависимости .

9. Сделайте вывод о том, как изменяется сопротивление электролита с повышением температуры.

Контрольные вопросы

1. Что называется электролитической диссоциацией?

2. Почему происходит диссоциация молекул в электролитах?

3. Объясните причину изменения сопротивления электролита в данной работе.

4. Почему при прохождении тока по электролиту происходит перенос вещества, а во время прохождения тока по металлу вещество не переносится?

5. Как изменятся показания приборов, если электроды сблизить друг к другу?

 

3. Измерение длины волны лазера с помощью дифракционной решетки

 

Выполнение работы

Оборудование: лазер, дифракционная решетка на подставке, штатив с лапкой, линейка, экран на подставках, белый лист бумаги, магниты.

1.Установите лазер в лапку. Прикрепите лапку к штативу.

2.Определите период дифракционной решетки – d, если известно, что на 1 мм приходится 100 штрихов. Установите дифракционную решетку на подставку и поместите ее вплотную к лазеру.

3. Закрепите при помощи магнитов белый лист бумаги на экране.

4.Получите на экране дифракционные максимумы по обе стороны от центральной светящейся точки.

5.Не двигая установку, измерьте расстояния от центральной светящейся точки до различных максимумов слева и справа , (см. рис. 3.1)

6.Измерьте расстояние от дифракционной решетки до экрана – l.

7.Данные запишите в таблицу.

Порядок максимума, k	, м	, м	, м	, м	ср, м	, %
1
2
3

8.Вычислите по данным измерений

9.Определите длину волны лазера . Так как угол  мал, то . Следовательно,

,    ,    ,

где k – порядок спектра, d – период дифракционной решетки, l – расстояние от дифракционной решетки до экрана.

10. Рассчитайте .

11. Определите абсолютную и относительную погрешности измерений.

, , ,

,         

Контрольные вопросы:

1.Принцип действия трехуровневого квантового генератора.

2.Применение лазеров.

3.Свойства луча лазера.

 

Какие же положительные аспекты внедрения экспериментальной самостоятельной деятельности в процессе обучения учащихся можно отметить:

• учащиеся приучаются думать и действовать самостоятельно;
• развивается творческое мышление;
• учащиеся учатся работать с информацией (учебники, справочники, дидактический материал);
• в действительности знает не тот, кто пересказывает, а тот кто применяет знания на практике;
• совершенствуются умения учащихся формулировать цели своей деятельности и делать выводы;

Литература

 

1. І.В. Родигіна, Компетентнісно орієнтований підхід до навчання, Х.: Вид. гр. Основа, 2005, 96 с.

2. І.В. Гавриш, К.Н. Юрєва, Компетентнісний підхід в освіті, Х.:ХОНМІБО, 2005, 92 с.

3. Е. В. Коршак, А. И. Ляшенко, В. Ф. Савченко, Физика 9, К.: Ірпінь,2003.

4. Нестандартні уроки фізики. – Х.: Вид.гр. Основа, 2005, 144 с.

5. Д. Д. Біда, Інтерактивні уроки фізики, Х.: Вид. гр. Основа, 2005, 96 с.

6. Е. В. Коршак, А. И. Ляшенко, В. Ф. Савченко, Физика 10, К.: Ірпінь, 2004.

7. Клос Е.С., Болюбаш Я.Я., Караван Ю.В., Пастернак Н.В. Фізика практикум, Львів.- 1989.

8. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: Учебник для 11 кл. ср. шк. М.- 1991.

9. Шахмаев Н.М., Шахмаев С.Н., Шодиев Д.М. Физика: Учебник для одиннадцатых кл. средней шк. М.- 1991.