Реалізація діяльнісного підходу до навчання шляхом використання фізичного експерименту на уроках фізики

Реалізація діяльнісного підходу до навчання шляхом використання фізичного експерименту на уроках фізики

Вступ

Національна доктрина розвитку освіти ставить перед учителем завдання створити дитині умови  для її максимального  самовизначення  і саморозвитку. Для цього процес навчання має бути сконструйований  з максимальним наближенням до запитів і можливостей дитини.

Головна мета навчання  фізики в середній школі полягає в розвитку особистості учнів засобами фізики як навчального предмета, зокрема завдяки формуванню в них предметної компетентності на основі фізичних знань, наукового світогляду й відповідного стилю мислення, розвитку експериментальних умінь і дослідницьких навичок, творчих здібностей і схильності до креативного мислення.

Ефективність і результативність навчання забезпечується не тільки його змістом , але й застосуванням відповідних методів. Виходячи з принципів дидактики, під час викладання фізики слід застосовувати  такі методи і форми навчання, які давали б учням не тільки певний  об´єм  знань, але  й  розвивали їх мислення, інтереси, дозволяли вдосконалювати  знання, вміння та навички  отримані в школі, або отримувати нові, які б застосовувалися  в навчальній діяльності,  свідомо застосовували  їх в повсякденному житті. Однією з таких форм організації навчання є навчальний експеримент.

Навчальний експеримент у школі є основою вивчення фізики. Без перебільшення можна сказати, що якість знань і практична підготовка учнів з фізики перебувають у прямій залежності від якості фізичного експерименту.

Питанням удосконалення методики і техніки навчального фізичного експерименту присвячені роботи І.Анциферова, О.І.Бугайова, С.П.Величка, М.І.Жалдака, Ю.О.Жука, Л.Р Калапуші, В.Коршака, Б.Ю.Миргородського, О.В.Сергєєва, М.М.Шахмаєва та ін. Подальший розвиток проблеми відображений у дисертаційних дослідженнях С.О.Кононенка, С.Мартинюка, А.М.Сільвейстра, І.О.Теплицького, Н.В.Федішової та інших.

Роль фізичного експерименту на уроках фізики

 Загальновизнаним є те, що фізика як наука ґрунтується на експерименті. Очевидно, що зацікавити учнів фізикою, добитися розуміння та засвоєння основ цієї науки, прищепити певні експериментальні вміння і навички можна лише при широкому використанні фізичного експерименту. Експеримент є найважливішим елементом процесу навчання фізики. Він виконує декілька дидактичних функцій: підвищує зацікавленість до предмета, активізує розумові здібності, розвиває спостережливість, сприяє політехнічній освіті.

Під системою навчального експерименту розуміють сукупність взаємопов’язаних предметів навчального обладнання, методів і методичних прийомів, що відповідають домінуючій концепції навчання і виховання.

Пройшовши тривалий шлях розвитку, шкільний фізичний експеримент перетворився з окремих дослідів у струнку систему навчального експерименту, яка охоплює такі його види:

1) демонстраційні досліди, виконувані вчителем;

2) фронтальні лабораторні роботи;

3) роботи фізичного практикуму;

4) експериментальні задачі;

5) позакласні досліди.

Усі ці види фізичного експерименту підпорядковані загальній меті навчання і виховання. Проте, крім цієї загальної мети, кожен вид навчального експерименту має більш вузьке цільове призначення, свої особливості в методиці і техніці проведення експерименту.

Завдяки навчальному фізичному експерименту учні оволодівають досвідом практичної діяльності людства в галузі здобуття фактів та їх попереднього узагальнення на рівні емпіричних уявлень, понять і законів. За таких умов він виконує функцію методу навчального пізнання, завдяки якому у свідомості учня утворюються нові зв’язки і відношення, формується суб’єктивно нове особистісне знання. Саме через навчальний фізичний експеримент найефективніше здійснюється діяльнісний підхід до навчання фізики.

Навчальний фізичний експеримент формує в учнів експериментальні вміння, дослідницькі навички, озброює їх інструментарієм дослідження, який стає засобом навчання і розв’язує такі завдання:

•             формування конкретно-чуттєвого досвіду і розвиток знань учнів про навколишній світ на основі цілеспрямованих спостережень за перебігом фізичних явищ і процесів, вивчення властивостей тіл та вимірювання фізичних величин, усвідомлення їхніх суттєвих ознак;
•             встановлення і перевірка засобами фізичного експерименту законів природи, відтворення фундаментальних дослідів та їхніх результатів, які стали вирішальними у розвитку й становленні конкретних фізичних теорій;
•             залучення учнів до наукового пошуку, висвітлення логіки наукового дослідження, що сприяє виробленню в них дослідницьких прийомів, формуванню експериментальних умінь і навичок;
•             ознайомлення учнів з конкретними проявами і засобами експериментального методу дослідження;
•             демонстрація прикладного спрямування фізики, розвиток політехнічного світогляду і конструкторських здібностей учнів.

Система демонстраційних, фронтальних і домашніх дослідів, експериментальних задач, фронтальних лабораторних робіт та фізичного практикуму сприяє глибшому й усебічному засвоєнню програмного матеріалу, допомагає учням ознайомитись з принципами вимірювання фізичних величин, оволодіти способами і технікою вимірювань, а також методами аналізу похибок.

Навчальний експеримент — одна з найважливіших ділянок у системі оволодіння матеріалом фізики, аналіз дидактичних можливостей навчального експерименту показує, що він може бути використаний на різних етапах вивчення матеріалу та з різною дидактичною метою, а також виступає одночасно як метод навчання, джерело знань і засіб навчання. 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.

Однією із актуальних проблем сучасної педагогічної науки є залучення учнів до пізнавальної діяльності для вирішення основного завдання: формувати творчу особистість учнів. Саме тому необхідно здійснити кардинальний перехід від інформаційно-пояснювального підходу у навчанні до діяльнісного, спрямованого на формування в учнів уміння вчитися. Велику допомогу для реалізації такого підходу на уроках фізики дає саме навчальний, фізичний експеримент. Будучи носієм початкової інформації, фізичний експеримент, що переконує своєю об’єктивністю, є виразним за своєю предметністю, економним щодо затрат навчального часу, вражаючим, а тому легко запам’ятовується, активно формує знання учнів.

Розглянемо основні етапи оволодіння учнями навчальним матеріалом і, виходячи з цього проаналізуємо можливості навчального фізичного експерименту. Найефективнішим є так званий евристичний метод вивчення матеріалу, коли значну частину необхідних висновків учні роблять самостійно, використовуючи дані навчального експерименту (демонстраційного, фронтального, експериментальних задач тощо). Основні етапи діяльності вчителя і учнів на уроці-можна показати схематично.

Рис. 1 Основні етапи діяльності вчителя і учнів на уроці

На (рис.1) ми показуємо не тільки послідовні етапи вивчення матеріалу, а й зазначаємо основних виконавців тієї або іншої навчальної роботи. Це допомагає чіткіше уявити роль учителя в кожний момент уроку, відповідно готуватись до цього. Зрозуміло, що найбільших успіхів досягають ті вчителі, які вміють організувати процес навчання, ефективно керувати пізнавальною діяльністю учнів.

У процесі навчання фізики фізичний експеримент є джерелом знань, методом навчання та видом наочності і тому є невід’ємною його складовою. Поряд з цим навчальний експеримент з фізики складає базис шкільного курсу фізики та курсу фізики вищої школи, широко використовується як засіб активної навчально-пошукової діяльності.

Багато явищ в умовах шкільного фізичного кабінету не можна продемонструвати. Це наприклад, явища мікросвіту, або процеси, що швидко відбуваються, досліди с приладами, яких немає в фізичному кабінеті. Діти відчувають труднощі, бо не в змозі уявити ці явища, а комп’ютер може створити моделі явищ; які допоможуть подолати цю проблему.

Немає сумніву, що введення ПК у практику навчання фізики в школі сприятиме вдосконаленню навчального процесу та інтелектуальному розвитку учнів відповідно до потреб часу.

На сучасному етапі розвитку освіти широко використовуються програмно-педагогічний засіб «Демонстраційні та ілюстративні матеріали». Цей один із найперших видів комп’ютерної допомоги з фізики сьогодні визнається як нова форма наочності – віртуальна. Віртуальна наочність доповнює фізичний експеримент та інші традиційні форми наочності (таблиці, слайди, діаграми, відео - і аудіо-записи, моделі і пристрої).

Використання реального чи віртуального фізичного експериментів активізує пізнавальну діяльність учнів, але тільки поєднуване їх застосування дає позитивні результати при навчанні фізики.

Фронтальні лабораторні роботи

Виконання лабораторних робіт передбачає володіння учнями певної сукупністю умінь, що забезпечують досягнення необхідного результату. У кожному конкретному випадку цей набір умінь залежатиме від змісту досліду і поставленої мети, оскільки визначається конкретними діями учнів під час виконання лабораторної роботи. Разом з тим вони є відтворенням узагальненого експериментального вміння, яке формується всією системою навчального фізичного експерименту і має складну структуру, що містить:

а) уміння планувати експеримент, тобто формулювати його мету, визначати експериментальний метод і давати йому теоретичне обґрунтування, складати план досліду і визначати найкращі умови його проведення, обирати оптимальні значення вимірюваних величин та умови спостережень, враховуючи наявні експериментальні засоби;

б) уміння підготувати експеримент, тобто обирати необхідне обладнання і вимірювальні прилади, збирати дослідні установки чи моделі, раціонально розміщувати приладдя, домагаючись безпечного проведення досліду;

в) уміння спостерігати, визначати мету й об’єкт спостереження, встановлювати характерні ознаки перебігу фізичних явищ і процесів, виділяти їхні суттєві ознаки;

г) уміння вимірювати фізичні величини, користуючись різними вимірювальними приладами і мірами, тобто визначати ціну поділки шкали приладу, її нижню і верхню межу, знімати показання приладу;

д) уміння обробляти результати експерименту, знаходити значення величин, похибки вимірювань ( у старшій школі), креслити схеми дослідів, складати таблиці одержаних даних, готувати звіт про проведену роботу, вести запис значень фізичних величин у стандартизованому вигляді тощо;

е) уміння інтерпретувати результати експерименту, описувати спостережувані явища і процеси, вживаючи фізичну термінологію, подавати результати у вигляді формул і рівнянь, функціональних залежностей, будувати графіки, робити висновки про проведене дослідження, виходячи з поставленої мети.

Однією з проблем сучасної методики викладання фізики є розробка та застосування диференційованих лабораторних робіт, що стає особливо актуальним на етапі переходу до профільного навчання. Цю проблему можна вирішити різними шляхами: підготовка різнорівневих інструкцій до виконання роботи за даною темою; створення системи знань творчого характеру для кожної роботи.

Важливе значення мають комп’ютерні експерименти та лабораторні роботи, які входять до складу програмно-педагогічних засобів (ППЗ) з фізики. Слід зауважити, що віртуальні експериментальні завдання можуть бути корисними тільки за умов ретельної підготовки вчителя до його введення в структуру уроку. При цьому важливим етапом підготовки та проведення комп’ютерної лабораторної роботи є обговорення з учнями обмежень моделі, її заставлення з відповідним реальним явищем.

Експериментальні задачі

Серед  різноманітного  арсеналу  методів і способів навчання фізики особливе місце посідають  розв’язування на уроках  експериментальних задач. Використання в навчальному процесі експериментальних задач дає можливість  розв’язувати ряд важливих педагогічних проблем, зокрема розвивати творчі здібності учнів та уміння аналізувати умову задачі і вибирати модель експерименту, вдосконалювати навички застосування законів фізики тощо. Важливим елементом розв’язування експериментальних задач є знаходження можливості постановки експерименту для вимірювання фізичних величин.  Експериментальним задачам належить вирішальна роль у формуванні в учнів експериментальних умінь і навичок, в ознайомленні їх  з основними елементами пізнання: дослідними фактами і спостереженнями.

Нарешті, розв´язуючи  експериментальні  задачі, учні самостійно спостерігають за проходженням явищ, і процес навчального пізнання набирає дослідного характеру. Виконуючи те чи інше дослідження, учні мають справу не з новим експериментом, а з новим застосуванням відомих приладів.

Вся робота учнів під час розв’язування експериментальних задач підпорядкована досягненню свідомого й ґрунтованого засвоєння учнями систематичного курсу фізики з тим, щоб здобуті знання вони змогли застосувати до розв’язування тих проблем, які перед ними поставить життя.

     Розв´язування експериментальних задач – одна з активних форм навчально - виховного процесу, важливим компонентом якого є самостійна робота учнів. Розв´язуючи  експериментальні задачі, учні набувають деякого досвіду виконання експериментальних досліджень, навичок практичного застосування знань, умінь працювати з приладами, і в результаті фізичний експеримент сприймають як основу фізичних знань.

Розв´язувати експериментальні задачі доцільно на уроках різних типів. Місце їх у кожному конкретному випадку визначається логікою структури уроку і його дидактичними цілями. Для прикладу розглянемо деякі типи уроків.

1. Вивчення нового навчального матеріалу.

 Експериментальні задачі можна використати в різних аспектах:

• на початку уроку - для висування проблеми і збудження пізнавальної активності учнів;
• у ході уроку – при вивченні фізичних властивостей тіл або речовин і дослідженні фізичних закономірностей;
• у кінці уроку – для закріплення нових знань.

2. Закріплення знань і формування практичних умінь.

На цьому уроці експериментальні задачі також можна використати на різних його етапах з тим,щоб навчити учнів застосовувати свої знання для розв’язання практичних завдань, або вивчити будову і принцип дії приладу та виробити вміння користуватися ним.

3. Узагальнення і поглиблення  знань.

На таких уроках розв’язування експериментальних задач організовують для конкретизації змісту фізичних понять і встановлення нових методів вимірювання фізичних величин і встановлення нових відомостей про вивчене явище.

4. Контроль і облік знань.

На уроках цього типу розв’язування експериментальних задач допоможе перевірити уміння учнів застосовувати знання в знайомих і незнайомих ситуаціях, аналізувати факти і критично підходити до результатів фізичного експерименту. На уроках контролю і обліку знань учнів, як і на уроках  узагальнення і поглиблення знань, розв’язуванню експериментальних задач можна присвятити значну частину уроку і навіть весь урок. При цьому доцільно розв’язувати складніші задачі, зокрема комбіновані, які вимагають знань з різних розділів курсу фізики.

Розв’язування експериментальних задач відрізняється від розв’язування інших типів задач, наприклад, текстових. Текстові  задачі містять  назви фізичних величин, якими учень оперуватиме для знаходження відповіді на поставлене  запитання. Отже, цим  деякою мірою вже визначено шлях розв’язання  задачі. У випадку експериментальних  задач відповідні фізичні величини визначають на підставі експерименту. Тому, аналізуючи зміст задачі, важливо з´ясувати не тільки суть фізичного процесу, про який ідеться в задачі, і якими законами  він описується, а й те, які саме фізичні величини треба визначити і яким способом, які потрібно поставити  для цього досліди і як виконати  відповідні вимірювання.

Добираючи задачі для розв’язання, слід ретельно проаналізувати кожну з них з точки зору виховних і освітніх аспектів уроку, а також логічного вписування  її в структуру уроку. При цьому треба з´ясувати, який прийом постановки даної експериментальної  задачі забезпечить максимальну ефективність уроку, в чому суттєве значення досліджуваного питання, які уміння і навички  зможуть учні застосувати, розв’язуючи запропоновану задачу.

Добираючи експериментальні задачі, треба враховувати   вік учнів, їх психологічні особливості і рівень знань з фізики. Експериментальні задачі дають ефект тоді, коли учні достатньою мірою володіють відповідним матеріалом. Форма постановки задачі має бути  зручною для розв’язування на кожному етапі уроку.

Для розв’язування добирають задачі, розраховані на використання приладів, що є у фізичному кабінеті.

Вводити експериментальні задачі під час навчання доцільно поступово, використовуючи допоміжні досліди.

Весь процес розв’язування експериментальної задачі можна умовно поділити на чотири основних етапи

1. Підготовчий

2. Дослідний

3. Реалізуючий  (вимірювальний)

4. Підсумковий

Кожному етапу відповідає певний психічний стан учня, який може бути створений вчителем за допомогою різних дидактичних  матеріалів.

На першому етапі учнів ознайомлюють з умовою задачі та переліком  приладів та матеріалів, які потрібні  для виконання експерименту. Потім пригадують означення шуканих фізичних величин, з´ясовують,  які властивості тіл чи які явища вони характеризують, визначають  їх зв'язок з іншими фізичними величинами і записують відповідні формули.

На другому етапі розробляють теоретичний шлях розв’язання задачі  і складають план виконання дослідів. Далі з наявного обладнання учні добирають потрібні для виконання  досліду прилади і предмети , визначають ціно поділки вимірювального приладу і межі вимірювання, вибирають спосіб вимірювання і формулу, яка  йому відповідає. Потім,  виконавши в разі потреби схематичний малюнок установки, складають установку і перевіряють її дію, визначаючи найефективніші умови для дослідження.

Третій етап – це виконання досліду. При цьому учням повідомляють  експериментально встановленні дані, яких бракує в задачі. Встановивши кількість потрібних вимірювань, складають таблицю, в яку заносять  значення величин, і виконують вимірювання. Водночас учні демонструють  свої вміння  користуватися вимірювальними приладами. В робочу формулу  підставляють  середні значення даних експерименту і визначають шукану величину.

На четвертому етапі учні аналізують і перевіряють  достовірність знайдених результатів і роблять висновки.

До розв’язування експериментальних задач  ставляться такі вимоги:

1) На підставі аналізу змісту задачі знайти раціональніші розв´язки

2) Правильно скласти установку

3) Врахувати конкретні умови проведення експерименту

4) Уникнути шкідливих впливів або звести до мінімуму

5) Проаналізувати знайденні  результати

6) В окремих задачах розглянути конкретні випадки, що випливають з 

        загального розв’язку

7) Результати вимірювань виразити  двома  бо трьома  значущими   цифрами

Як показує досвід, розв’язування експериментальних задач позитивно впливає на якість розв’язування як текстових і графічних задач, так  і задач – малюнків. Учні свідоміше підходять  до їх розв’язання, знаходячи в кожній задачі експериментальну основу.

Висновки

Навчальний експеримент у школі є основою вивчення фізики. Без перебільшення можна сказати, що якість знань і практична підготовка учнів з фізики перебувають у прямій залежності від якості фізичного експерименту. Шкільний фізичний експеримент підводить учнів до розуміння сучасних фізичних методів дослідження, виробляє у них практичні вміння і навички. Під системою навчального експерименту розуміють сукупність взаємопов’язаних предметів навчального обладнання, методів і методичних прийомів, що відповідають домінуючій концепції навчання і виховання.

Сьогодні навчальний, фізичний експеримент, особливо шкільний є дуже розвиненим. Щоб дати учням міцні знання, сформувати в них важливі практичні вміння і навички, необхідна координація в застосуванні різних видів навчального експерименту. Використання фізичного експерименту в навчальному процесі з фізики дозволяє:

• проілюструвати встановлені в науці закони і закономірності в доступному для учнів вигляді і зробити їх зміст зрозумілим для учнів;

• підвищити наочність викладання;

• ознайомити учнів з експериментальним методом дослідження фізичних явищ;

• показати застосування фізичних явищ, що вивчаються, в техніці, технологіях та побуті;

• посилити інтерес учнів до вивчення фізики;

• формувати політехнічні та дослідно-експериментаторські навички.

Всі форми шкільного фізичного експерименту сприяють більш глибокому вивченню законів фізики, а також набуттю учнями практичних навичок у фізичному експерименті. Основне завдання вчителя ефективно його використати для одержання найбільш позитивного результату у навчанні.