Практикум учителей физики «Методика проведения физического эксперимента и решение экспериментальных задач»

Семинар-практикум учителей физики «Методика проведения физического эксперимента и решение экспериментальных задач» НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ПОСТАНОВКЕ ШКОЛЬНОГО ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА § 1. ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ПРОЦЕССЕ ПРЕПОДАВАНИЯ ФИЗИКИ В учебном процессе физический эксперимент используют двояко. Первая функция учебного физического эксперимента заключается в создании чувственно-наглядных образов, которые являются материалом для дальнейшего обобщения в виде определенных физических закономерностей или осмысления содержания формируемых понятий. Демонстрации, фронтальные опыты и лабораторные работы должны обогатить чувственную базу учащихся и способствовать созданию системы наглядных образов. Вторая функция школьного эксперимента состоит в создании практических ситуаций, при которых учащиеся могли бы осуществить умение более или менее самостоятельно использовать свои знания. Эксперимент данного рода представлен в учебном курсе физики в виде экспериментальных задач и работ физического практикума. В процессе обучения можно выделить четыре дидактические формы постановки физического эксперимента: 1) исследовательский; 2) иллюстративный; 3) репрезентативный (термин образован от английского representation (представление, образ)); 4) фантологический (мысленный). Каждая из этих форм различным образом активизирует мыслительный процесс и дает возможность эксперименту занять на уроке вполне определенное место. При постановке эксперимента в исследовательской форме учащиеся приходят к обобщениям на основе ряда полученных экспериментальных данных. Эта форма хорошо вписывается в урок при индуктивном методе изучения учебной информации. Исследовательская форма постановки учебного эксперимента является достаточно эффективным средством развития интереса к предмету, подготовки учащихся к самостоятельной творческой работе. Однако эта форма при традиционных подходах имеет и недостатки: она занимает много времени на уроке; для постановки такого эксперимента требуются точные приборы и сложные установки, отсутствующие в школьном кабинете физики. Иллюстративная форма учебного физического эксперимента удобна и логически оправдана при дедуктивном методе изложения материала. На основе теоретических выкладок и логических рассуждений учитель подводит учащихся к решению возникшей познавательной задачи и вместе с ними делает окончательный вывод. Затем с помощью эксперимента иллюстрирует правильность окончательного умозаключения. Использование эксперимента в иллюстративной форме дает возможность подтвердить правильность догадок и расчетов; у учащихся появляется уверенность в своих знаниях, формируются научные убеждения, развивается интерес к предмету. Такой эксперимент занимает сравнительно мало времени и хорошо вписывается в урок. При репрезентативной форме постановки эксперимента (комбинированная форма или форма сочетания реального и мысленного эксперимента) явление воспроизводится частично или даже совсем не воспроизводится. Такая форма вполне оправдана. Производя мыслительные операции, учащиеся очень часто испытывают необходимость опереться на чувственные образы, образуемые в воображении. Данную форму используют и тогда, когда опыт сложен для воспроизведения на уроке или даже принципиально невыполним в условиях школьного кабинета. Фанталогическая форма постановки эксперимента (мысленный эксперимент) представляет мыслительную деятельность учащихся по созданию некоторого воображаемого образа. Этот образ либо принципиально не может быть реализован, либо его реализация связана с серьезными трудностями. Мысленный эксперимент используется, например, при изложении методов определения гравитационной постоянной, при изучении опытов Майкельсона, Резерфорда, Физо, Френеля и многих других. При использовании и постановке эксперимента на уроках физики необходимо учитывать, что эксперимент, проводимый учащимися самостоятельно (т. е. учебный эксперимент) в условиях традиционной методики принципиально отличается от научного физического эксперимента. Научный эксперимент предполагает многократное повторение опытов с измерением величин, проверку результатов с использованием различных экспериментальных методов. Учебный эксперимент не претендует ни на проверку законов, ни тем более на их установление. Этого не позволяют сделать условия школьного физического кабинета. Задача опытов, поставленных для учебных целей помочь осмыслить, усвоить изучаемый материал, а также помочь понять, представить условия проведения научного эксперимента. При этом имеется возможность показать учащимся, что при решении любой познавательной задачи перед исследователем стоят две противоречивые задачи: необходимо сосредоточить внимание на самом существенном (т. е. проявить изобретательность) и одновременно учесть как можно больше других свойств и сторон изучаемого явления. И то, и другое обстоятельство предопределяют необходимость постановки достаточно большого количества эксперимента, что в условиях школьного обучения является достаточно затруднительным и просто невозможным из-за отсутствия времени и требующегося для проведения эксперимента оборудования. Однако использование НИТ позволяет преодолеть указанные трудности и сблизить учебную познавательную деятельность учащихся с методологией научного познания, и тем самым дополнительно сформировать информационно-познавательную компетентность школьников. Именно компьютер может с успехом использоваться для реализации идей и принципов современного развивающего обучения, компенсируя недостатки традиционной системы физического школьного эксперимента; именно персональные компьютеры становятся значительным помощником учителя для реализации поставленных задач. § 2. УЧЕБНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ И ПОЗНАВАТЕЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ Реальные возможности интенсификации учебного процесса связаны с компьютерными моделями. Компьютерное моделирование позволяет создать на экране компьютера живую, запоминающуюся динамическую картину физических опытов или явлений и открывает для учителя широкие возможности по совершенствованию уроков. ПОД КОМПЬЮТЕРНЫМИ МОДЕЛЯМИ понимаются компьютерные программы, имитирующие физические опыты, явления или идеализированные модельные ситуации, встречающиеся в физических задачах. Общим и главным свойством всех моделей является их способность так или иначе отображать действительность. Модель в процессах научного познания выступает заместителем изучаемого объекта. Между моделью и оригиналом всегда имеется отношение сходства. Дополнительным преимуществом модели является то, что отражая в модели только необходимые и существенные отношения (связи) среди множества других существующих в реальности и присущих конкретному явлению, мы имеем возможность упростить его рассмотрение, сделать его более наглядным и понятным. Именно поэтому изучение модели позволяет получить информацию об оригинале и сделать это достаточно быстро. Следует подчеркнуть, что реализуемые с помощью компьютера модели имеют не только сходство с традиционными, но и отличия от последних. Сходство может носить лишь функциональный характер и заключаться в том, что на экран дисплея, как на бумагу или киноэкран, выводится текстовое описание, графики зависимости физических величин, статистические и динамические изображения и т. п., т. е. все то, что включают в классы и группы описательных, графических, рисуночно-фотографических моделей. В этом же состоит и основное отличие компьютерных моделей — их универсальность. Компьютерная модель — это программная среда для вычислительного эксперимента, объединяющая в себе на основе математической модели явления или процесса взаимодействия средства интерактивного взаимодействия с объектом эксперимента и различные средства отображения информации. К достоинствам компьютерных моделей относится: — информативность (способность моделирующей программы выдать пользователю необходимую для изучения объекта информацию); — наглядность; — динамичность; — наличие диалога ЭВМ и пользователя; — простота управления. Однако, при выборе виртуального физического эксперимента учитель должен придерживаться определенных критериев отбора компьютерных моделей. Вряд ли целесообразно дублировать опыты, которые можно и нужно проводить с реальными объектами в условиях школьного кабинета физики. Наиболее целесообразно проведение того виртуального эксперимента, который невозможно или трудно организовать в обычном школьном кабинете: — слишком медленные процессы; — слишком быстрые процессы; — опасные опыты; — наблюдения за слишком малыми или большими объектами; — требующего слишком дорогой измерительной аппаратуры; — опыты, связанные с разрушением объекта изучения; — опыты, где возможна анимация внутреннего механизма протекания физического явления; Тем самым возможности и виды постановки эксперимента в условиях школьного кабинета физики значительно расширяются. Можно с уверенностью говорить о новой системе школьного физического эксперимента, о виртуальной школьной физической лаборатории, обладающей целым спектром как традиционных, так и новых дидактических возможностей (схема). Существенно значимым является и то, что компьютерное моделирование позволяет учащимся провести наблюдение физических процессов или явлений под влиянием дополнительных внешних воздействий, не относящихся к модели физического процесса. ТАКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАЗЫВАЕТСЯ ИМИТАЦИОННЫМ. В рамках имитационной модели можно управлять поведением объектов на экране компьютера, изменяя величины числовых параметров, заложенных в основу соответствующей математической модели. Такие компьютерные программы позволяют буквально за считанные минуты провести полноценное учебное исследование, приближающее его к научному. Урок приближается к идеалу, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы. Учитель в этом случае является лишь помощником в творческом процессе овладения знаниями. Разумеется, такой урок можно провести только в компьютерном классе. В данном случае учащиеся выступают как настоящие ученые-экспериментаторы, отрабатывая и формируя навыки проведения физического исследования. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом эксперимента наблюдать в динамическом режиме построение графических зависимостей от времени ряда физических величин, описывающих эксперимент. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся, как правило, испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков. Учитывая все указанные преимущества имитационных компьютерных моделей, учитель имеет возможность организовать самые различные виды познавательной деятельности школьников. В настоящее время различают несколько типов познавательной деятельности учащихся: — репродуктивная познавательная деятельность основана на запоминании информации о знаниях и способах деятельности, предъявленной ученику в ходе обучения. Результаты репродуктивной деятельности предусматривают выполнение заданий любой формы, предусмотренных требованиями соответствующей учебной программы; — частично-поисковая познавательная деятельность это: поиск скрытой, требующей перестройки информации в ситуациях, несколько измененных, по сравнению с рассматриваемыми в учебном процессе, конкретизация обобщенных описаний деятельности, осмысление и поиск вариантов в выполнении учебных заданий. Результатами частично-поисковой деятельности являются материалы учащихся, где описано выполнение заданий поискового характера, т. е. выполнено преобразование знаний из одной формы в другую, получен ответ на вопрос, требующий рассмотрения и переноса знаний в другую ситуацию, проявлено умение использовать мыслительные операции сравнения, проведение аналогий, обобщение. — проектировочно-конструкторская деятельность проявляется в познавательной активности ученика, в его способности осознать цели и разработать план их достижения, это процесс решения познавательной задачи, требующий самостоятельного переконструирования и расширение своей системы знаний. Результатами проектно-конструкторской деятельности являются материалы, где описан проект выполнения заданий творческого характера, найден субъективно новый способ действия, сконструирована модель явления или технического устройства, предложен свой вариант работы, высказано оценочное суждение и т. д. Резюмируя, можно утверждать, что в использовании компьютера как средства обучения ярко выражены его конструктивные и коммуникативные функции. Можно говорить о следующем значении компьютера для развития личностных качеств ученика: — развитие познавательных интересов; — овладение навыками работы с современными средствами вычислительной техники; — развитие абстрактно-логических представлений; — развитие самостоятельности учащихся; — развитие гибкости, обобщенности, системности и осознанности знаний; — формирование алгоритмического мышления; — овладение методологией познавательной деятельности; — развитие умений поиска необходимой информации. Таким образом, компьютерные технологии обладают следующими классификационными параметрами: — ПО ОРИЕНТАЦИИ НА ЛИЧНОСТЬ УЧЕНИКА они являются информационными и операционными в плане формирования знаний и умений ученика и способов его умственных действий, т. е. интерактивными; — ПО ОРГАНИЗАЦИОННЫМ ФОРМАМ предполагают индивидуальную работу учащихся, работу в малых группах, фронтальную и совместно-распределенную с учителем. Тем самым имитационные компьютерные модели дают возможность осуществить не только виртуальное физическое исследование, но и кардинально изменить технологию обучения, обеспечивая максимальную активизацию познавательной деятельности школьников, побуждая учащихся к раскрытию своего творческого потенциала. Использование данных моделей на уроках обеспечивает учителю возможность не только наглядного показа физической сущности усваиваемого материала, но и, в равной степени, создать условия для формирования методологической компетенции обучаемых. Здесь в полной мере реализуется методическая посылка: «моделируя — обучаем, обучая — моделируем». Базовая основа деятельностного подхода реализуется в этом случае наиболее полно и емко. Дополнительным преимуществом использования имитационных моделей является то, что они позволяют обеспечить организацию на уроке учебной деятельности учащихся как с низкой, так и самой высокой степенью самостоятельности, в силу использования инструкций и заданий самого разного уровня сложности. Таким образом, появляется возможность создания наиболее комфортных условий для реализации личносто-ориентированного обучения, развития целого спектра личностных характеристик обучаемых. Резюмируя, можно констатировать, что использование компьютерных моделей дает следующие эффекты: — открывается возможность проектирования физического эксперимента; — сокращается время обработки экспериментальных данных; — увеличивается число измерений; — наблюдается своеобразный психологический эффект: у учащихся снижается утомляемость и возникает эмоциональный подъем; повышается быстрота реакции; вырабатывается внимание, легче усваивается физическая сущность материала. — формируются и отрабатываются все элементы и виды познавательной деятельности у учащихся — от репродуктивной и до частично-поисковой и проектировочно-конструкторской деятельности. § 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ ПО ИНТЕГРАЦИИ НИТ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА Основные этапы формирования экспериментальных умений в целом в методике физики определены достаточно четко и полно. Они сводятся к следующему: НА I ЭТАПЕ, I — VI КЛАССЫ — уроки математики и природоведения, осуществляется первоначальное знакомство с отдельными элементами экспериментальной деятельности и отработка умений проводить простейшие измерения и наблюдения. В VII — VIII КЛАССАХ раскрывается структура деятельности по выполнению эксперимента на примерах элементарных опытов и лабораторных работ, проводимых на основе коллективного обсуждения плана их выполнений. При этом выполняются общие структурные элементы деятельности для всех опытов и дается план этой деятельности в сокращенном виде: — сформулировать (уяснить) цель опыта; — выявить, что надо наблюдать и измерять; — продумать ход работы (план ее выполнения); — выполнить опыт в соответствии с намеченным планом (включая наблюдения и измерения); — произвести вычисления и анализ полученных результатов; — сформулировать выводы из опыта. На данном этапе важно дать первоначальное понятие об эксперименте как методе научного познания. НА III ЭТАПЕ формирования, IX, X КЛАССЫ, происходит ознакомление учащихся со структурой научного эксперимента и выработка обобщенного плана деятельности при выполнении учебного эксперимента. Здесь необходимо обратить внимание на определение погрешностей измерения. На третьем этапе у учащихся формируются все операции, входящие в состав деятельности по проведению эксперимента, за исключением формулировки цели и гипотезы. Тем не менее деятельность учащихся в значительной степени носит исследовательский характер. НА IV ЭТАПЕ, X — XI КЛАССЫ, проводится дальнейшая детализация плана деятельности, раскрываются и отрабатываются действия и отдельные операции. В результате возникает развернутый план: 1. Осознание и теоретическое обоснование избираемого варианта эксперимента. — уяснить цель эксперимента; — сформулировать и обосновать гипотезу, которую можно положить в основу эксперимента (указать, на основе какой теории или закона). 2. Проектирование эксперимента. — определить условия, необходимые для проведения опыта; — наметить наблюдения, которые необходимо провести; — определить измеряемые величины; — наметить приборы и материалы для эксперимента; — определить последовательность выполнения; — выбрать форму записи результатов. 3. Подготовка материальной базы и условий для проведения эксперимента: — отобрать необходимые приборы и материалы; — собрать установку; — создать необходимые условия. 4. Осуществление эксперимента; — осуществить наблюдения и измерения в запланированной последовательности; — записать результаты эксперимента. 5. Осуществление математической обработки результатов измерения: — вычислить искомые величины; — вычислить погрешности и записать результаты вычислений с указанием погрешностей измерения. 6. Осмысление результатов эксперимента: — проанализировать результаты эксперимента; — сформулировать выводы в словесной, знаковой и графической форме. Умение проводить виртуальное исследование должно естественным образом входить в каждый из выявленных этапов, быть одной из форм школьного физического эксперимента. В любом случае обучение учащихся умениям наблюдать и проводить физический эксперимент с помощью виртуальной модели целесообразно начинать с наблюдений и эксперимента, которые демонстрирует сам учитель. Он должен четко разъяснить цель наблюдения и эксперимента, показывать и описывать саму виртуальную установку и ее особенности, показывать приемы наблюдения и формы фиксации результатов, предусмотренных имитационной моделью. Все это можно рассматривать как пропедевтический этап формирования у учащихся обобщенных умений. В дальнейшем учитель систематически привлекает школьников к совместному поиску ответов на возникшие в учебном познании познавательных задач с помощью НИТ и инициирует их эпизодическую самостоятельную деятельность. В результате возникает возможность представления школьником большей самостоятельности в выполнении всех операций, из которых складывается наблюдение в лабораторных условиях. Эти этапы нельзя относить к какому-то определенному классу или году обучения, в силу личностных задатков и способностей школьников и что в процессе обучения имеются новые методы и приемы, которыми должны овладеть учащиеся по мере усложнения изучаемого теоретического материала. Проведенный теоретико-методологический, психологический и методический анализ особенностей содержания и структуры самостоятельной познавательной деятельности учащихся, включая учебные наблюдения и эксперимент, позволяет констатировать, что неудовлетворенность эффективностью обучения по физике с использованием НИТ обусловлена недостаточным пониманием роли учителя, характера руководства им самостоятельной познавательной деятельностью учащихся, использующими современные интерактивные обучающие системы. Это непонимание и предопределило использование самого неэффективного типа ООД (ориентировочная основа действий). Условием успешного формирования обобщенных умений школьников по использованию НИТ при проведении физических наблюдений и экспериментов выступает постепенность и поэтапность. Соответственно возникают задачи определения учителем этапов внедрения НИТ в процесс преподавания, разработки соответствующей методической системы при использовании виртуального физического эксперимента.

Похожие:

	Рабочая программа дисциплины Целью изучения дисциплины является: изучение основных физических явлений и идей, овладение фундаментальными понятиями, законами и...		Представленная на городской конкурс мультимедийных пособий для учителей... В пособии рассматривается методика проведения 6 уроков обучения основам языка гипертекстовой разметки документов
	Программа курса, тематическое и поурочное планирование Практическая работа №1. Решение экспериментальных задач по темам «Важнейшие классы неорганических соединений» и «рио»		План Введение 3 Глава Методика проведения нетрадиционных уроков физики... «Методика проведения нетрадиционных форм уроков и внеклассных мероприятий по физике»
	Презентация «Решение задач с помощью кругов Эйлера». Презентация... Интегрированное занятие математического кружка (математика + информатика) в 5-м классе по теме "Решение задач с помощью кругов Эйлера....		Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... ПР№1. Решение экспериментальных задач по темам «Важнейшие классы неорганических соединений» и «Реакции ионного обмена»
	Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Тема урока: Практическая работа «Решение экспериментальных задач по теме «Гидролиз. Реакции ионного обмена»		Повышение квалификации учителей по курсу «методика формирования информационной... В статье представлен опыт проведения занятий по дополнительной профессиональной образовательной программе повышения квалификации...
	Соли. Основания. Цели урока Методы: работа с технологическими картами, беседа с учащимися, лабораторные опыты, демонстрационный эксперимент, работа по карточкам...		Программа по футболу для образовательных учреждений направлена на... Футбол всеми любимая и доступная для любого возраста игра, для организации и проведения которой, необходим минимальный набор спортивного...
	«Решение задач по физике координатным методом» в 10 «а» классе Я, Кутузова Светлана Николаевна, учитель физики высшей категории, преподаю физику в		Проект «Книга на уроке» Урок физики в 7 классе «Решение задач на... Обучающие: сформировать умение применять формулы расчета механической работы и мощности для решения расчетных и качественных задач...
	Методические рекомендации по изучению дисциплины «Методика физического... Курс «Методика физического воспитания детей с проблемами в развитии» призван подготовить студентов к работе с детьми, имеющими отклонения...		Для создания экспериментальной установки и проведения моего эксперимента... Понятие «вязкость» можно рассматривать с двух точек зрения: с точки зрения молекулярной физики и с точки зрения механики
	Урок физики в 10 классе по теме: «Деформации и силы упругости» Образовательные: углубить и систематизировать знания о деформации твердых тел, сформулировать закон Гука, рассмотреть причинно-следственные...		Методика утренней гимнастики в старшей группе На основе полученных данных в ходе эксперимента мы создали систему воспитания младших школьников. Вам предлагается два варианта проведения...