Система школьного физического эксперимента

Одним из условий успешного формирования физических по­нятии и теорий является система рационально подобранного и тщательно поставленного учебного эксперимента.

Л.И.Анциферов дает следующее определение ШФЭ: это система ме­тодов и технических средств, обес­печивающая изучение физики через реализацию опытов. Однако любая деятель­ность (познавательная, эксперимен­тальная) предполагает наличие та­ких компонентов как цель, средства, организационные формы процесса и результат.

Рассматривая цели использова­ния ШФЭ при обучении физике, Ю.А.Сауров указывает следующее: "... ШФЭ - это, во-первых, и, пре­жде всего, объект усвоения. Содер­жательные составляющие здесь та­кие: экспериментальные методы изу­чения физических систем и явле­ний; эксперимент как источник зна­ний и критерий истинности (приме­нимости) теорий; эксперимент как ве­ликий посредник между теорией и природой. Во-вторых, ШФЭ - это средство организации усвоения зна­ний и, с этой точки зрения, он со­ставляющая (форма) того или ино­го метода (приема) обучения. Как средство усвоения ШФЭ обеспечи­вает образную (чувственную) и ло­гическую наглядность при передаче научных знаний". В самом общем виде целью использования ШФЭ является: фор­мирование методологических знаний, обобщенных экспериментальных уме­ний учащихся; формирование соб­ственно физических знаний; социокультурное и интеллектуальное раз­витие учащихся.

Прежде всего в систему учебного физического эксперимента следует включить небольшое число фундаментальных опытов, сос­тавляющих экспериментальную основу современной физики.

Постановка этих опытов в большинстве случаев требует неза­урядного экспериментального мастерства и связана с использо­ванием достаточно сложного оборудования.

Та часть фундаментальных опытов, которая в настоящее вре­мя пока еще не может быть поставлена в виде демонстрационных опытов из-за сложности, громоздкости или дороговизны устано­вок, должна быть заснята в специальных учебных фильмах.

Для преподавания физики наибольшую ценность представляют такие опыты, которые позволяют устанавливать количественные закономерности, характеризующие изучаемое явление. Так как в ходе демонстрационного эксперимента установление количествен­ных соотношений не всегда возможно, то часть фундаментальных опытов должна быть перенесена в специальный лабораторный практикум, В этот же практикум должны быть включены и те фундаментальные опыты, выполняя которые учащиеся будут зна­комиться с современным лабораторным оборудованием.

Изучение фундаментальных физических экспериментов во вре­мя демонстраций и при самостоятельной работе в лаборатории, ознакомление с частью таких экспериментов по фильмам создадут необходимую экспериментальную базу для изучения фи­зики. Опираясь на эти опыты, можно четко и непротиворечиво изложить курс современной физики. Постановка и объяснение этих опытов должны быть неторопливыми и предельно четкими. Учащиеся должны ясно представлять место этих опытов в здании современной физики.

Однако специфика восприятия учебного материала учащимися и педагогические задачи, стоящие перед курсом физики, не поз­воляют ограничить учебный физический эксперимент постановкой и изучением только фундаментальных опытов, глубокое знание которых в принципе достаточно для понимания современней фи­зики.

С педагогической точки зрения необходима также постановка следующих групп опытов, имеющих большое значение для обу­чения.

Опыты, иллюстрирующие объяснение преподавателя. Напри­мер, при изучении движения по окружности нет принципиальной необходимости в демонстрации этого движения в аудитории, так как учащиеся достаточно часто сталкиваются с этим движением в жизни. Однако каждый учитель знает, что демонстрация этого движения оживляет ход урока, создает положительный эмоцио­нальный фон для восприятия учебного материала.

По-видимому, высокая педагогическая эффективность подоб­ных опытов связана с тем, что учащиеся наблюдают за их ходом с позиции, предварительно выбранной преподавателем, который обращает внимание учащихся только на то, что существенно важно для понимания изучаемого явления.

Опыты, в ходе которых показывается применение изученных физических явлений в технике и изучается принцип работы тех­нических установок. Демонстрация подобных опытов необходима для подготовки учащихся к практической деятельности и для иллюстрации связи физики с техникой. Важно, что при выполне­нии таких опытов учащиеся не только изучают принцип работы конкретных технических объектов, но и закрепляют и углубляют свои знания об изученном ранее явлении. Учитывая то обстоятель­ство, что число технических объектов, в которых используются физические явления, обычно весьма велико, следует строго отбирать подобные опыты. При изучении технических объектов не сле­дует обращать внимание учащихся на конструктивные особен­ности и несущественные детали.

Эффектные опыты, предназначенные для возбуждения интере­са учащихся к миру физических явлений. По образному выраже­нию Луи де Бройля, современная наука - “дочь удивления и лю­бопытства, которые всегда являются скрытыми движущими си­лами, обеспечивающими ее непрерывное развитие”. Эффект­ный опыт способен пробудить у учащихся интерес к физике, и с этим следует считаться.

Опыты, в ходе которых учитель ставит перед учащимися про­блему, над решением которой предстоит работать на данном уроке.

Опыты, предназначенные для проверки ошибочности суждений, высказанных при обсуждении проблемы одним из учащихся.

Хотя первоначальное ознакомление с основными приемами работы в физической лаборатории и первоначальное умение в об­ращении с лабораторным оборудованием учащиеся получают из наблюдении за работой преподавателя на уроках, отработка со­ответствующих умений и навыков происходит в процессе само­стоятельной экспериментальной работы учащихся в лаборатории. Поэтому в систему учебно-физического эксперимента должны быть включены лабораторные работы учащихся, которым необ­ходимо придать исследовательский характер.

Наконец, наиболее сложные работы исследовательского ха­рактера, на проведение которых необходимо 2, а иногда и 4 ч, целесообразно выделить в физический практикум.

Таким образом, в систему школьного физического эксперимен­та должны войти:

1) Фундаментальные опыты, составляющие экспериментальную основу современной физики (часть в виде демонстрации, выпол­няемых учителем, а часть в виде лабораторных опытов, проводи­мых учащимися).

2) Демонстрационные опыты, постановка которых вытекает из педагогических соображений.

3) Фронтальные лабораторные работы.

4) Физический практикум.

С развитием науки и техники школьный курс физики расширяется и углубляется. Достижения науки и техники, научные методы в той или иной степени находят отражение в его содержании. В связи с развитием физики как учебного предмета содержание учебного эксперимента тоже развивается, его система непрерывно углубляется и расширяется.

Ввиду сложности содержания, сложных внутренних и внешних связей учебного эксперимента, можно отыскать разнообразные признаки и осуществить разнообразные классификации. Из всех возможных классификаций эксперимента самыми важными являются те, которые имеют практическое значение и нашли свое место в преподавании.

Наиболее признанная классификация, - это классификация учебного эксперимента по исполнителю (учитель - ученик). На основе этого признака эксперимент делится на два основных вида:

1. Демонстрационный эксперимент (выполняемый учителем).

2. Самостоятельный эксперимент учащегося (лабораторные работы, физические практикумы, домашний физический эксперимент, экспериментальные задачи).

Второе по значению место в системе физического эксперимента заняла классификация по дидактическим функциям эксперимента. Эта классификация очень обширна и разнообразна из-за сложности учебного процесса. В разных источниках эта классификация дается по-разному, выделяют разное число групп эксперимента. В обобщенном виде классификация выглядит следующим образом:

1).Основополагающие опыты, представляющие фундамент современной физики. Эти опыты могут быть поставлены как демонстрации, лабораторные работы, работы физического практикума.

2).Опыты по наблюдению физических явлений и процессов. Опыты по воспроизведению некоторых природных явлений. Опыты по изучению свойств и тел материалов.

3).Эффектные опыты, предназначенные для вызывания интереса учеников к физике. Опыты, посредством которых создается проблемная ситуация.

4).Опыты, опровергающие и выявляющие ошибочные рассуждения учеников, вытекающих из жизненного опыта. Опыты, посредством которых разрешается проблема, возникшая на уроке.

5).Опыты, поставленные с исследовательской целью для проверки выдвинутого предложения или гипотезы, для формирования исследовательских навыков.

6).Опыты, иллюстрирующие объяснение учителя.

7).Опыты по ознакомлению учащихся с некоторыми методами физических исследований.

8).Опыты по изучению аппаратуры для исследований, в частности, измерительных приборов. Опыты, обучающие умению измерения физических величин.

9).Опыты, в ходе которых демонстрируется использование физических процессов и явлений в быту и технике, объясняется принцип работы технических устройств и раскрывается физическая основа технологических процессов. Различные дидактические цели, решаемые в учебном процессе, могут быть достигнуты в одних случаях демонстрационным экспериментом, а в других - самостоятельным экспериментом учащихся. Поэтому рассмотренные две классификации имеют между собой сложные связи.

Таким образом, можно сказать, что процесс обучения физике должен состоять в последователь­ном формировании новых (для учащихся) физических понятий и теорий на базе немногих фундаментальных положений, опираю­щихся на опыт. В ходе этого процесса должен в равной мере най­ти отражение индуктивный характер установления основных фи­зических закономерностей на базе эксперимента и дедуктивный характер вывода следствий из установленных таким образом за­кономерностей с использованием доступного для учащихся мате­матического аппарата. Используя учебный эксперимент, можно:

а) показать изучаемое явление в педагогически трансформи­рованном виде и тем самым создать необходимую эксперимен­тальную базу для его изучения;

б) проиллюстрировать проявление установленных в науке за­конов и закономерностей в доступном для учащихся виде и сде­лать их содержание понятным для учащихся;

в) познакомить учащихся с экспериментальным методом изу­чения физических явлений;

г) показать применение изученных физических явлении в тех­нике;

д) повысить наглядность преподавания и тем самым сделать изучаемое явление более доступным для учащихся;

е) повысить интерес учащихся к изучаемому явлению.