Роль физического эксперимента в обучении физике
в условиях перехода на ФГОС
В соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом, приоритетной целью школьного образования становится развитие у учащихся способности самостоятельно ставить учебные цели, проектировать пути их реализации, контролировать и оценивать свои достижения. Физический эксперимент является важнейшим элементом процесса обучения физике и является едва ли не самым эффективным методом обучения на сегодняшний день. Он выполняет несколько дидактических функций: повышает интерес к предмету, активизирует внимание обучающихся, способствует развитию предметных и метапредметных умений.
Одно из ведущих мест в системе школьного физического эксперимента занимают демонстрации, проводимые учителем. Они дают возможность обучающимся воспринимать изучаемые предметы и явления в натуральном виде или близком к нему. Познавательная деятельность обучающихся при этом проявляется в наблюдениях изучаемых объектов. Проведение демонстрационного эксперимента наиболее доступно для всех школ, так как требует оборудования только в одном экземпляре. Демонстрационный эксперимент позволяет сравнительно быстро сделать понятными важные обобщения.
При проведении демонстрационного эксперимента необходимо, чтобы учащиеся по возможности сами формулировали выводы, которые следуют из наблюдаемых явлений. Таким образом формируется умение анализировать, сравнивать и обобщать, что входит в перечень необходимых универсальных учебных действий обучающихся.
Пример традиционного демонстрационного эксперимента: демонстрация зависимости давления жидкости от плотности и высоты столба жидкости. В этом опыте кратко объясняется принцип работы манометра; далее производится измерение давления в двух сосудах, причем то, какие именно сосуды взять, определяют сами учащиеся; после каждой пары измерений делается вывод, зависит давление жидкости от выбранной величины или нет, учащиеся делают соответствующие записи в тетради. В результате эксперимента учащиеся делают вывод, что давление жидкости зависит от высоты столба жидкости и ее плотности и не зависит от площади сечения сосуда и цвета жидкости. После дополнительного мысленного эксперимента учащиеся сами выводят формулу, по которой можно найти давление жидкости.
Большие возможности для наглядной демонстрации различных физических явлений дает электронная лаборатория. Обработка результатов с помощью компьютера способствует «оживлению» графиков зависимости наблюдаемых физических величин от времени и от других характеристик. Они появляются на экране и изменяются при любой манипуляции с оборудованием.
Пример демонстрации с использованием электронной лаборатории: исследование колебаний нитяного маятника. В данной работе используется датчик движения, фиксирующий через определенные промежутки времени расстояние до тела, совершающего колебания. В результате измерений строится график зависимости смещения груза от времени, и учащиеся могут сделать вывод, что колебания нитяного маятника являются гармоническими. Далее в ходе эксперимента учитель изменяет длину нити и амплитуду колебаний, а учащиеся анализируют полученные графики. Таким образом, с помощью данной демонстрации формируется умение работать с графическим способом представления информации, обобщать и анализировать полученные результаты.
Демонстрационный эксперимент необходимо дополнять различными видами самостоятельной практической работы обучающихся, в частности, фронтальными опытами. Под ними понимается вид эксперимента, при котором все обучающиеся одновременно в процессе изучения материала на уроке под руководством учителя проводят кратковременные наблюдения, опыты, часто сопровождаемые измерениями, и на основании полученных данных делают выводы. Что касается закрепления пройденного материала, то фронтальные лабораторные работы - необходимая составляющая часть процесса обучения. Систематическое использование фронтальных опытов позволяет эффективно направлять умственную и практическую деятельность обучающихся на уроке, помогает реализовать индивидуальный подход к ним. Наблюдая за работой учащихся при выполнении фронтальных опытов, учитель сразу замечает слабые стороны в знаниях и умениях ребят и направляет их мысли в верное русло.
Важным дополнением ко всем видам экспериментальных и практических работ, наблюдаемых и проводимых обучающимися в школе, является выполнение ими опытов и наблюдений в домашних условиях. Особое значение домашние опыты имеют для развития познавательного интереса и творческих способностей школьников, для формирования у них экспериментальных умений и навыков.
Выполнение домашних опытов и наблюдений играет особенно важную роль в подростковом возрасте, так как в этот период перестраивается характер учебной деятельности школьника. Подростка уже не всегда удовлетворяет то, что ответ на его вопрос есть в учебнике. У него появляется потребность получить этот ответ из жизненного опыта, наблюдений за окружающей действительностью, за результатами собственных экспериментов.
Примеры домашнего эксперимента: вычисление давления, оказываемого учеником на поверхность; вычисление средней и максимальной мощности, развиваемой учеником при подъеме по лестнице. При проведении этих лабораторных работ не нужно специального оборудования и приборов. Однако они приучают учащихся к самостоятельному выбору количества необходимых измерений, грамотному оформлению и анализу полученных результатов. При проверке таких домашних заданий учитель вместе с обучающимися корректирует полученные результаты и направляет учащихся на формулировку правильных выводов.
Одной из разновидностей домашней практической работы является электронный эксперимент. На уроках не всегда хватает времени, чтобы провести достаточно расчетов для доказательства того или иного факта; в таком случае приходят на помощь программируемые расчетные практические работы дома.
Пример практической работы с использование редактора Microsoft Office Excel: проверка третьего закона Кеплера с помощью расчетной формулы и табличных данных. В данной работе необходимо рассчитать относительное (относительно расстояния от Земли до Солнца) и абсолютное расстояние от Солнца до пяти планет солнечной системы с помощью третьего закона Кеплера и сравнить полученные величины с табличными значениями. Данный формат работы экономит время для произведения расчетов и позволяет варьировать начальные данные эксперимента для анализа получаемых результатов. Также возможно построение графика сложной зависимости. Таким образом, при данном виде практической работы формируются, в первую очередь, метапредметные умения учащихся - налицо связь с математикой и информатикой.
Исходя из вышеперечисленного, можно с уверенностью сказать, что различные виды физического эксперимента необходимы для использования в процессе обучения физике, потому что этот вид деятельности обеспечивает достижение предметных, метапредметных и личностных результатов.
