ГЛАВА 1. Теоретическая часть
1.1 . Лабораторная работа с точки зрения методики преподавания физики
Физика - изучает общие свойства окружающего нас материального мира. Это фундаментальная наука: её понятия и законы лежат в основе не только любых разделов естествознания, но и дисциплин профессионального цикла [7].
В курсе дисциплины «Физика» можно выделить материал, включающий профессионально значимые знания, которые могут быть применены при овладении конкретными специальностями, то есть как в процессе изучения предметов общепрофессионального цикла, так и в производственном обучении.
Под лабораторными работами понимают такую организацию учебного физического эксперимента, при которой каждый учащийся работает с приборами или установками [7].
Дидактическая роль лабораторных работ чрезвычайно велика. Восприятия при выполнении лабораторных работ основаны на большем и более разнообразном количестве чувственных впечатлений и становятся более глубокими и более полными по сравнению с восприятиями при наблюдении демонстрационного эксперимента. При выполнении лабораторных работ обучающиеся учатся пользоваться физическими приборами как орудиями экспериментального познания, приобретают навыки практического характера. В некоторых случаях научная трактовка понятия становится возможной лишь после непосредственного ознакомления учащихся с явлениями, что требует воссоздания опытов самими учащимися, в том числе и во время выполнения лабораторных работ. Выполнение лабораторных работ способствует углублению знаний, обучающихся по определенному разделу физики, приобретению новых знаний, ознакомлению с современной экспериментальной техникой, развитию логического мышления.
Лабораторные работы имеют также важное воспитательное значение, поскольку они дисциплинируют учащихся, приучают их к самостоятельной работе, прививают навыки лабораторной культуры.
1.2 . Виды лабораторных работ
При обучении физике в средней школе экспериментальные умения формируются при выполнении самостоятельных лабораторных работ.
Значение лабораторных занятий по физике заключается в том, что у учащихся формируются представления о роли и месте эксперимента в познании. При выполнении опытов у учащихся формируются экспериментальные умения, которые включают в себя как интеллектуальные умения, так и практические. К первой группе относятся умения: определять цель эксперимента, выдвигать гипотезы, подбирать приборы, планировать эксперимент, вычислять погрешности, анализировать результаты, оформлять отчет о проделанной работе. Ко второй группе относятся умения: собирать экспериментальную установку, наблюдать, измерять, экспериментировать.
Кроме того, значение лабораторного эксперимента заключается в том, что при его выполнении у учащихся вырабатываются такие важные личностные качества, как аккуратность в работе с приборами; соблюдение чистоты и порядка на рабочем месте, в записях, которые делаются во время эксперимента, организованность, настойчивость в получении результата. У них формируется определенная культура умственного и физического труда.
В практике обучения физике в школе сложились три вида лабораторных занятий:
1. фронтальные лабораторные работы;
2. физический практикум;
3. домашние экспериментальные работы.
1.2.1. Фронтальные лабораторные работы
Демонстрационный эксперимент не исчерпывает всех возможностей активного восприятия учащимися изучаемых явлений, не всегда обеспечивает приобретение ими действенных знаний, поскольку ученики его наблюдают, а сами не проводят. К тому же он не дает школьникам необходимых практических умений и навыков, которые вырабатываются упражнениями. Поэтому демонстрационный эксперимент нужно дополнять самостоятельной практической работой учащихся – фронтальными лабораторными работами, фронтальными наблюдениями и опытами, практикумами и т. п.
В процессе выполнения лабораторных работ и опытов ученики убеждаются в объективности физических законов, получают непосредственное представление о методах, применяемых в научных исследованиях, знакомятся с физическими измерениями и способами количественной оценки физических явлений, приобретают практические умения и навыки, предусмотренные программой по физике, расширяют свои политехнические знания и умения, что важно для подготовки школьников в жизни, труду.
Самостоятельная работа с приборами содействует развитию логического мышления учащихся, приучает их глубже проникать в явлении природы, отличать главное и существенное от второстепенного и случайного, развивает изобретательность и любознательность.
Для фронтальных лабораторных работ и опытов общим является такой метод проведения, при котором учащиеся выполняют одно и то же задание на однотипном оборудовании. Фронтальный метод имеет ряд важных преимуществ в условиях классно-урочной системы обучения. Прежде всего он позволяет тесно увязать лабораторные работы, наблюдения и опыты с изучением материала: с демонстрационным экспериментом учителя, его объяснением, решением задач и опросом учащихся. В этом смысле особенно «оперативны», легко приспособляемы к объяснению нового материала кратковременные фронтальные лабораторные опыты и наблюдения.
Лабораторные занятия могут быть использованы в преподавании физики для решения различных дидактических задач: иллюстрации к объяснению учителя, упражнения для выработки умений и навыков, повторения и обобщения ранее изученного материала. Фронтальный эксперимент, выполняемый учащимися, дает возможность включить одновременно весь класс в поиски решения определенной учебной проблемы. В силу всего этого нельзя допускать, чтобы лабораторные работы, предусмотренные при изучении той или иной темы, выполнялись после ее прохождения и были каким-то дополнением к системе уроков по этой теме.
Фронтальные лабораторные работы – наилучший метод привития учащимися практических умений и навыков, ценность которого в том, что навыки приобретаются постепенно и вместе со знаниями. Ценность лабораторных работ еще и в том, что они проводятся в течении учебного года, что позволяет практические умения и навыки учащихся развивать. Однако при выполнении фронтальных лабораторных работ можно формировать лишь простейшие умения и навыки, поскольку в этом случае используется самое простое оборудование. Поэтому фронтальные лабораторные занятия не решают до конца задачи формирования у школьников некоторых измерительных и других навыков обращения с современными средствами исследования явлений; для решения этой задачи служат практикумы.
В отличие от практикумов фронтальные лабораторные занятия позволяют в конце урока организовать коллективное обсуждение и оценку результатов работы.[1]
1.2.2. Физический практикум
На занятиях физического практикума учащиеся отдельными звеньями выполняют лабораторные работы по разделу или курсу физики на оборудовании более сложном по сравнению с оборудованием для фронтальных работ. На конкретном занятии каждое звено выполняет работу по одной из тем раздела или курса, но в результате проведения практикума все учащиеся должны выполнить определенный перечень работ.
Общие цели физического практикума:
1. Способствовать оптимальному выполнению общих задач обучения физике (развитие мышления, формирование познавательных способностей и т. д.).
2. Способствовать систематизации знаний, установлению внутрипредметных и межпредметных связей.
3. Обобщить и закрепить (углубить) знания по наиболее важным вопросам курса физики.
4. Способствовать политехническому образованию (ознакомить учащихся с некоторыми техническими приборами, с методами определения физических величин, встречающихся в технике, и пр.).
5. Привить ряд политехнических умений и навыков: собирать установки и выполнять наблюдения; обращаться с измерительными приборами; разбираться в конструкции прибора по описанию; выполнять измерения и обрабатывать полученные результаты; делать вывод по результатам проведенного эксперимента; конструировать установки; работать с химической посудой, источниками тепла, света, электрической энергии; организовать свое рабочее место и соблюдать технику безопасности.
Оптимальное достижение цели физического практикума возможно при такой его организации, когда в каждом классе работы проводятся поэтапно. На первом этапе могут решаться такие задачи, как осуществление преемственности между фронтальными лабораторными работами и практикумом, знакомство с новыми приборами, со спецификой практикума, умение решать экспериментальные задачи, формирование некоторых политехнических умений и навыков. Эти задачи решаются на занятиях одночасового практикума. Однако существуют такие дидактические задачи, которые трудно (или невозможно) решать на одночасовом практикуме. К ним относятся умение отрабатывать результаты опытов со строгим учетом погрешностей, обучение школьников умению конструировать установки, обучение школьников умению конструировать установки на базе знакомого оборудования и разрабатывать план опыта, организация выполнения лабораторных работ, требующих сравнительно большого времени на экспериментальную часть (получение многих данных при большом числе измерений, сравнение разных методов определения одной и той же физической величины, оценка достоинств универсального метода определения разных физических величин и др.). Следовательно, на этом (втором) этапе необходимо проводить двухчасовой практикум. В существующей системе физического практикума лабораторные работы неравноценны по необходимому для их выполнения времени, неравноценны по необходимому для их выполнения времени, неравноценны они и по уровню обучения; для некоторых работ достаточно одного часа, другие требуют двух часов.
Одночасовой практикум проводится либо в конце первого полугодия, либо в начале второго, а двухчасовой – в конце учебного года. В неделю должно быть проведено не более двух занятий одночасового практикума и только одно занятие двухчасового.[2]
1.2.3. Домашний эксперимент
Внеклассные (домашние) опыты и наблюдения чрезвычайно важны и полезны как дополнение к школьному физическому эксперименту. Они позволяют расширить область связи теории с практикой, приучить учащихся к самостоятельной исследовательской работе, развит у них интерес к физике и технике, преодолеть ошибочные представления некоторых из них о том, что физические явления можно наблюдать лишь с помощью специальных приборов.
Домашние опыты и наблюдения пропагандировал еще в дореволюционное время А. В. Цингер (см. его «Начальную физику»), а в советский период – П. А. Знаменский и особенно С. Ф. Покровский. Однако до сих пор этот метод обучения не имеет достаточного распространения на практике, хотя теперь промышленность выпускает интересные механические игрушки, детский портативный инструмент, специальные наборы по электро- и радиотехнике, электронике и т. д., что несомненно, расширяет его возможности.
Особо важны домашние опыты в 7-8 классах, они по содержанию должны быть простыми, доступными и интересными для учащихся данного возраста, а для выполнения требовать несложное и распространенное оборудование. Внеклассные опыты и наблюдения должны составлять определенную систему, неразрывно связанную со всеми другими видами школьного физического эксперимента и учитывающую местные условия. Полезно, чтобы в процессе их выполнения учащиеся знакомились с бытовыми техническими приборами и машинами: холодильником, стиральной машиной, пылесосом, электронагревательными приборами, электроарматурой и т. д.
Для систематического проведения домашних опытов и наблюдений необходимо позаботиться о создании дома у каждого школьника небольшого комплекта приборов. (В дополнение к нему часть приборов и материалов можно выдавать учащимся на дом: магниты, железные опилки, динамометры и др.). Ежегодно на школьных родительских собраниях учитель физики должен инструктировать родителей о том, какие приборы нужно подобрать для домашней лаборатории ученика того или иного класса (линейку, мензурку, термометр, весы и т. д.), а также информировать их о различных технических игрушках, игрушечных наборах, имеющихся в продаже и полезных для развития технического творчества и изобретательности ребят.
Задавая домашние опыты и наблюдения, следует четко определить цель и способы проведения опытов, сформулировать вопросы, на которые ученики должны ответить в процессе домашнего эксперимента, указать форму отчета о его выполнении. (Начинающему учителю необходимо предварительно самому выполнить задания с тем, чтобы лучше оценить возможные трудности и затраты времени, предусмотреть различные модификации одного и того же опыта.) Нужно учесть, что успеха можно достичь лишь при систематической проверке и оценке домашних опытов и наблюдений (путем просмотра отчетов учащихся, устного опроса и т. п.).
Чтобы дать представление о характере домашних опытов и внеклассных наблюдений, приводим перечень некоторых из них.
• Определение объема бруска, толщины листа, диаметра провода.
• Определение длительности одного удара пульса.
• Измерение емкости сосуда с помощью мензурки.
• Определение средней скорости ходьбы и составление графика движения.
• Наблюдение инерции в быту и технике.
• Вычисление работы электрического тока за неделю (по показанию счетчика). Расчет стоимости электроэнергии за этот период.
• Наблюдение поверхностного натяжения жидкостей.
• Наблюдение дома и в природе дисперсии, интерференции и дифракции света.
В 9-11 классах широко практикуются обычно исследовательские домашние работы, а также задания по изготовлению приборов и наблюдениям в процессе трудового и производственного обучения. Они могут иметь дифференцированный характер, а иногда выполняться группами учащихся [1].
1.3. Методика проведения лабораторных работ
1.3.1. Фронтальная лабораторная работа
Количество и тематика фронтальных лабораторных работ из каждой темы школьного курса физики определяется учебной программой. При этом предусматривается, что в случае необходимости (отсутствие необходимого оборудования или условий) указанные работы можно заменить равноценными им работами. Для выполнения фронтальных лабораторных работ предусматривается использование специальных (лабораторных) приборов.
Подготовка до выполнения фронтальных лабораторных работ начинается из создания соответствующей материальной базы - подбору необходимых для выполнения работы приборов с таким расчетом, чтобы с одним набором работало 2 ученика. Выполнение фронтальных лабораторных работ проводится "парами", которые формируются таким образом, чтобы обеспечить высокую эффективность работы каждого ученика.
Накануне выполнения фронтальной лабораторной работы учитель сообщает ученикам тему работы и объем материала, который необходимо повторить для ее выполнения.
Занятие начинается со вступительного слова учителя и соответствующего инструктажа относительно выполнения работы (в зависимости от выбранного метода выполнения инструктаж будет носить разный характер и объем рассматриваемых вопросов). Учитель проводит также короткий инструктаж учеников из техники безопасности при выполнении данной работы и делает соответствующие записи в "Журнал инструктажа и техники безопасности", который содержится в кабинете физики.
Ученики записывают в тетрадях дату, номер и тему лабораторной работы, список приборов и материалов, чертят таблицу результатов измерений и вычислений.
Экспериментальную часть задания ученики выполняют самостоятельно под контролем учителя. В случае необходимости учитель оказывает ученикам помощь, обращает их внимание на приемы правильной работы с приборами, отмечает нарушение правил техники безопасности. Учитель фиксирует также качество и самостоятельность выполнения работы каждым учеником.
Результаты работы заносятся в тетрадь, где проводится их обработка и записывается соответствующий вывод (полученное значение физической величины).
Оценка за фронтальную лабораторную работу выставляется на основе заметок учителя и проверки отчета ученика. Эта оценка заносится в классный журнал.
1.3.2. Физический практикум
Учебная программа из физики отводит определенное время на выполнение работ физического практикума в 9 - 11 классах. Здесь же наводится и ориентировочный перечень тем работ физического практикума в каждом классе. Учитель, в зависимости от целесообразности и возможностей, выбирает те работы, которые будут предложены ученикам для выполнения. Организационно эти работы могут быть одно- и двухчасовыми. В первом случае работы должны быть проще для выполнения и требовать меньших затрат времени, но их количество будет в два раза более большой. Для выполнения работ практикума используются более сложные приборы (сравнительно с приборами для фронтальных работ), что дает возможность точнее провести измерение и ознакомить учеников с приборами, которые используются для физических исследований.
При выполнении работ физического практикума одновременно выставляются все работы, которые выполняются звеньями учеников согласно специально сложенного графика.
До проведения практикума учитель готовит инструкции, которые содержат: цель работы, метод решения экспериментального задания, перечень необходимых приборов, порядок действий при выполнении эксперимента, таблицу результатов измерений и их обработки, контрольные вопросы.
