Техника школьного физического эксперимента и методика его проведения

При постановке и проведении школьно физического эксперимента имеют место как технические, так и методологические аспекты. Знание устройства и конструкции физического прибора, умение им пользоваться – все это технические вопросы, а понимание места физического опыта в процессе изучения конкретного физического материала, объяснение наблюдаемого явления, получение максимальной информации от опыта – это методика физического эксперимента.

В соответствии с этим можно говорить о технике постановки физических опытов и методике проведения физических опытов. И будущих учителей физики, студентов педагогических вузов, надо учить и тому и другому.

Они должны, во-первых, получить необходимые знания о приборах по физике, об их конструкции, правилах работы с ними, уметь их применять, а во-вторых, понимать и знать, когда и где этот прибор следует применять в учебном процессе по физике, как вписать рассматриваемый опыт с данным прибором в «канву» конкретного урока, какие при это дать разъяснения, как показать опыт, чтобы учащиеся при этом максимально увидели, услышали и поняли.

Однако в теории и методике обучения физике как науке термины « техника постановки опытов» в силу их взаимосвязи никогда отдельно не фигурируют, а используются обязательно вместе, как бы в виде одного термина. При этом возможны два их сочетания: «техника и методика школьного физического эксперимента» и «методика и техника физического эксперимента». В большинстве случаев используется второе сочетание рассматриваемых терминов, так как оно, с одной стороны, более благозвучно, а, с другой стороны, что более важно для нас, на первое место в этом сочетании ставится методика проведения физических опытов, т.е. то, чем мы в основном и занимаемся.

Таким образом, можно уже сейчас сделать несколько выводов по данному вопросу.

· Во-первых, правомерно использовать как термин «техника постановки школьных физических опытов», так и термин «методика проведения школьных физических опытов».

· Во-вторых, в практике оба этих термина в силу их взаимосвязи не разрывают, а применяют совместно.

· В-третьих, для дальнейшей работы нами принимается сочетание «методика и техника школьного физического эксперимента».

· В-четвертых, хотя термины «техника» и «методика» имеют различный смысл, но в учебном процессе нам важна деятельность учителя, а деятельность учителя по технике и методике школьного физического эксперимента так взаимосвязана, так переплетается, что фактически ее нельзя разделить на две различные деятельности. Поэтому мы имеем все основания утверждать, что термины «техника постановки опытов» и «методика проведения опытов» взаимосвязаны.

При подготовке демонстрационного эксперимента к уроку учитель обычно выполняет следующую последовательность действий:

· определяет дидактическую цель опыта и его место в структу­ре урока или этапе урока;

· четко формулирует, какое явление, или свойство вещества, или устройство собирается демонстрировать;

· определяет элементы экспериментальной установки: объект исследования, воздействующий элемент, управляющий элемент, индикатор;

· составляет принципиальную схему экспериментальной уста­новки;

-определяет методом прикидки параметры элементов экспе­риментальной установки;

· выбирает вариант экспериментальной установки и подбирает приборы, руководствуясь их эксплуатационными возможностями и дидактическими требованиями к демонстрационному экспери­менту;

· собирает демонстрационную установку;

· продумывает расположение приборов на демонстрационном столе и подбирает средства, позволяющие обеспечить наилучшую видимость демонстрации.

Каждый демонстрационный опыт должен готовиться и прове­ряться заранее, до урока. Готовую демонстрацию можно перенес­ти на подвижный столик, а непосредственно перед уроком вынес­ти в класс и переставить на демонстрационный стол.

Если в кабинете есть лаборант и он помогает готовить экспе­римент, то учитель перед уроком должен проверить установку, ее работоспособность. Помощь учителю при подготовке демонстра­ций к уроку могут оказать пособия.

Экспериментальные характеристики приборов содержатся в заводском описании к ним; эти описания следует изучить и хра­нить, составив их опись.

Целесообразно составлять картотеку демонстрационных опы­тов, отмечая на карточках параметры элементов демонстрацион­ной установки, делая заметки, касающиеся ее эффективного функционирования.

Технология демонстрационно­го опыта предполагает определение этапов этой работы, которые должны следовать один за другим и при их правильном выполне­нии привести к конечному, запланированному результату.

Демонстрационный эксперимент может использоваться на/ уроках физики для решения таких дидактических задач, как:

· мотивация изучения нового материала;

· выдвижение познавательной задачи;

· создание проблемной ситуации;

· проверка гипотезы;

· получение индуктивного вывода;

· проверка дедуктивного вывода (теоретического предсказа­ния, выведения следствия и т.п.);

· иллюстрация объяснения учителя.

Независимо от целей демонстрации опытов можно указать общую систему действий, которые выполняет учитель, показывая опыт учащимся:

· создание мотивации и организация внимания учащихся;

· формулирование познавательной задачи;

· описание экспериментальной установки;

· выделение объекта наблюдения;

· выполнение эксперимента, при необходимости его повторение;

· фиксация результатов эксперимента;

· анализ результатов и обсуждение выводов.

В зависимости от целей опыта и подготовки учащихся учи­тель выполняет эти этапы сам или привлекает учащихся, что предпочтительнее. В любом случае учащихся следует привлекать к выдвижению гипотезы, к обоснованию выбора приборов для экспериментальной установки, к фиксации и анализу результа­тов опыта.

На базе показанного опыта учащимся могут быть предложены как качественные, так и количественные задачи, эксперименталь­ные задания. Если учитель запланировал такую работу, то экспе­риментальная установка со стола не убирается, а используется либо для постановки задачи, либо для проверки ответа на постав­ленный вопрос. Эксперимент может провести сам учитель либо вызванный ученик.

После того как потребность в установке отпадает, ее убирают со стола, не дожидаясь окончания урока. Ненужная установка, оставленная на демонстрационном столе, будет отвлекать внима­ние учеников, мешать сборке других установок, заслонять собой поверхность доски.

При работе в школьном физическом кабинете и, в част­ности, при демонстрации опытов необходимо соблюдать правила безопасного труда.

Основную опасность несут поражения электрическим током. Напряжения 220 В и 127 В можно применять в различных уста­новках, если нет оголенных частей, находящихся под напряжени­ем, розетки, вилки и все соединяющие провода находятся в пол­ной исправности. Но большинство опытов ставят при преобразо­ванных напряжениях: 6 В, 12 В. Такие напряжения считаются безопасными.

Учитель физики должен знать и понимать, что дело не в значе­нии напряжения, а в значении силы тока. Сила тока 0,1 А яв­ляется не только опасной, но и смертельной для человека, если этот ток прошел через жизненно важные органы человека. Значение сопротивления R зависит от состояния кожи человека, от ее влажности, даже от состояния человека (возбуждения, нервного напряжения). Соответственно, чем меньше сопротивление тела человека, тем больше при том же напряжении сила тока. Известны летальные случаи от поражения током не только при напряжении 220 В, но и даже при 12 В.

Поэтому необходимо запомнить и выполнять следующие правила:

-все соединения в приборах и установках производить только при отключенном приборе (установке) от сети, от источника пи­тания;

· при работающем приборе (установке) не касаться оголенных контактов;

· не допускать к работающим демонстрационным установкам учащихся (во фронтальных лабораторных работах и в большин­стве работ физического практикума учащиеся работают с источ­никами питания с весьма низким напряжением);

-следить, чтобы ваши руки были сухими, обувь исправной (желательно на резиновой подошве), пол, на котором вы стоите, был сухим.

Вторая опасность - это газ. Он при горении дает высокую температуру, чего надо опасаться. Опасен газ и возможностью взрыва, что чаще всего происходит при смеси газа с воздухом (~ 4% газа) и наличии источника огня. В настоящее время в физи­ческих кабинетах газ практически не применяют. Если он подведен к вашему столу, то следует соблюдать осторожность. Особенно опасна утечка газа. К столам учащихся газ подводить не следует.

Третья опасность - приборы, работающие при высоких напря­жениях и при высокой температуре. Опасность представляют ло­пающиеся колбы с кипятком, «взрывающиеся» вакуумные прибо­ры, телевизионные трубки и т.п. При работе с такими приборами следует использовать защитные экраны.

Четвертая опасность - это пары различных кислот и щелочей. С ними надо работать на специальных подносах, лить воду в ки­слоту очень тонкой струйкой.

Нужно помнить и о токсичности паров ртути. Проводить в школе опыты со ртутью (например, опыт Торричелли) категори­чески запрещено. Чтобы полностью исключить попадание паров ртути в кабинет, следует отказаться и от применения ртутных термометров, заменив их на спиртовые или электронные.

Пятая опасность - это излучения различных видов. В методиче­ской литературе можно встретить рекомендации по применению в опытах по геометрической и волновой оптике лазеров. При этом необходимо иметь в виду, что прямое попадание луча лазера в глаз человека может иметь весьма печальные последствия.

Следует помнить также о вреде рентгеновских и ультрафиоле­товых лучей. Рентгеновская трубка, дуговая и ртутно-кварцевая лампы исключены из перечня учебного оборудования, хотя в ста­рых физических кабинетах они остались.

С вредными для организма излучениями можно встретиться и при проведении опытов по атомной и ядерной физике. Мощность излучения радиоактивных препаратов, используемых в этих опы­тах, должна строго соответствовать требованиям санитарных норм.

Перейдем к рассмотрению специальных методов, приемов, спо­собов, дающих возможность повысить выразительность результа­тов опыта, усилить его эффективность.

Расположение приборов в установке на разных уровнях. Если приборы установки, поставленные на демонстрационный стол, за­гораживают частично друг друга, то их надо разместить на разных уровнях. Для этого применяются специальные ящики — подставки (пустые, с забитой крышкой). Применять случайные предметы (книги, картонные коробки и т.п.) не следует, так как это создает неряшливый вид. Разные стороны ящичков обычно покрашены в разные цвета, поэтому надо их ставить так, чтобы приборы на фоне конкретных стенок ящиков были хорошо видны.

В качестве примера приведем установку для измерения силы тока в цепи, где последовательно соединены две электрические лам­пы (рис.). Здесь применены два ящика разной высоты, окрашен­ные с видимых сторон в белый цвет. На этом фоне хорошо видны стойки для электрических ламп черного цвета и черного цвета про­вода (о цвете проводов еще будем говорить позднее). Черный цвет электрических проводников подобран правильно. В установке при­менены еще аккумулятор и амперметр. Следует продумать, как по­ставить амперметр, чтобы за ним был подходящий фон (об этом подробнее также будет дальше).

Окрашивание различных частей установки, подбор цвета про­водов.

Поясним этот пункт примером с явлением самоиндукции. Уста­новка в собранном виде показана на рис.. В установке много деталей (дроссель, реостат, электрические лампы на стойках, источ­ник тока, ключ замыкания тока и электрические провода).

Целесообразно цепь с лампой Н2 и реостатом R собрать прово­дами одного цвета, а с лампой HI и катушкой — другого.

Для лучшей видимости приборы расположены на скамейке, и на ней еще стоит ящик, т. е. здесь требование расположения приборов на разных уровнях выполнено.

Раскрашивают в разные цвета различные наклейки, которые на­клеивают для повышения видимости на стрелки приборов, на раз­личные указатели, на экраны. Для создания необходимого фона в физическом кабинете имеется специальный экран, одна сторона которого окрашена в белый цвет, а другая — в черный.

Окрашивание жидкостей. Вода и многие другие жидкости бес­цветны, и их уровни при наливании в сосуды практически не видны или плохо заметны, особенно издали. Для улучшения видимости самих жидкостей и особенно их верхних уровней применяют под­крашивание жидкости. В качестве таких красителей используют флуоресцин, марганцовокислый калий, разные растворимые крас­ки, чернила. Флуоресцин дефицитен, но хорош тем, что дает ярко- зеленое свечение при освещении. Другие выше перечисленные ве­щества имеют существенный недостаток — они оставляют на посу­де следы. Особенно это видно в пробирках и трубках, где остается окрашенный край (верхний уровень подкрашенной жидкости). По­суду в этих случаях надо сразу мыть, а не оставлять в ней жидкость даже на несколько часов.

Есть красители, которые не ос­тавляют следов на стекле. Для воды это фуксин или раствор ще­лочи и фенолфталеина. Простым их заменителем может служить свекольный сок, который дает хо­рошую окраску и практически не оставляет следов, а если после дли­тельного пребывания раствора в сосуде следы и остались, то они очень легко отмываются.

Применение дыма в демонстра­циях. Когда надо показать переме­щение воздуха, а также в опытах по оптике, чтобы сделать видимы­ми лучи света, целесообразно ис­пользовать дым. Чтобы показать справедливость закона Паскаля для газов, шар заполняют дымом.

Дым получают с помощью спе­циального прибора, получившего название дымаря. Для его изготовления используют двугор­лую банку. Обе горловины затыка­ют пробками, в которые вставлены трубки, Г-образно изогнутые. На одну трубку надевают шланг от груши пульверизатора, на нижний конец второй трубки — мундштук папиросы, которую перед опытом поджигают. Прокачивая воздух через банку, поддерживают горе­ние папиросы. При этом из верхне­го отверстия трубки с папиросой выходит струя дыма.

Применение дополнительного освещения. В некоторых случаях, когда освещенность приборов и результатов опытов с ними низка, целесообразно использовать до­полнительное освещение («надо опыт подсветить»). Для этого при­меняются лампы с рефлекторами, экраны с подсветом че­рез рассеивающее стекло и др. Для теневого проециро­вания имеются специальные осве­тители.

Применение зеркал. Когда при­бор может быть расположен толь­ко горизонтально в плоскости де­монстрационного стола, для на­блюдения происходящего явления во время опыта следует применять зеркало достаточных размеров.

Применение рейтеров. Если в опыте используются тонкие нити, проволочки и т.п., то, конечно, их нельзя увидеть не только с после­дних парт кабинета, но и с первой или второй парты. Для увеличения их видимости применяют флажки, рейтеры из бумаги, надевают на них отрезки окрашенных соломи­нок и т.д. Но это возможно только тогда, когда проводники не нагрева­ются и не может быть возгорания рейтеров.

Цветные, хорошо видимые рей­теры могут быть надеты на конец тонкой стрелки измерительного прибора, на указатели весов и т.п

В дополнение к этим материа­лам перечислим ряд других воз­можных случаев усиления эффекта от результата опыта.

Можно еще применять:

· стрелки-указатели; резиновые кольца на трубках для фиксации уровня жидкости (перво­начального или конечного);

· теневое проецирование; различные индикаторы — лег­кие бумажные гильзы (для поля), железные опилки (для магнитного поля), неоновые лампы (для элек­тромагнитного поля) и др.;

· подъемные столики (вместо ящиков) и др.

Таким образом, в данном параграфе мы рассмотрели понятия техника и методика проведения школьного физического эксперимента, описали технику безопасности при проведении физического эксперимента, охарактеризовали некоторые специальные средства повышения эффективности физического эксперимента.

Заключение.

Результаты проведенного исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. При обучении физике в школе экспериментальные умения формируются при выполнении разных видов школьного физического эксперимента. Школьный физический эксперимент – сложная система, включающая такие элементы, как фронтальные лабораторные работы по физике, демонстрационный эксперимент, физический практикум, домашние экспериментальные задания по физике.

2. К основным требованиям к школьному физическому эксперименту относят:

- видимость эксперимента всеми учащимися класса;

- наглядность;

- кратковременность опыта;

- выразительность и эмоциональность;

- занимательность;

- надежность опыта;

- убедительность опыта;

- соответствие правилам безопасности.

3. В теории и методике обучения физике как науке термины «техника постановки опытов» в силу их взаимосвязи никогда отдельно не фигурируют, а используются обязательно вместе, как бы в виде одного термина. Техника школьного физического эксперимента – это необходимые знания о приборах по физике, об их конструкции, правилах работы с ними, уметь их применять, а методика предполагает понимание и знание студентом, когда и где этот прибор следует применять в учебном процессе по физике, как вписать рассматриваемый опыт с данным прибором в «канву» конкретного урока, какие при это дать разъяснения, как показать опыт, чтобы учащиеся при этом максимально увидели, услышали и поняли.

Список используемой литературы.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: