обложка | архив номеров | редколлегия | информация для авторов | вернуться   
Научно-методический журнал
Основан в 2001 году. Выходит 2 раза в год
Издается по решению Ученого Совета
физического факультета БГПУ
топ 25 | Номер 3   
Загурских С.В.
Студент ФФ БГПУ

Конструктор по оптике и организация лабораторного эксперимента на его основе

Физика - наука экспериментальная, поэтому в основу преподавания физики в школе должен быть положен эксперимент.

Так, фронтальные лабораторные работы были внесены в программу курса физики в 1927 г., но в силу возникших проблем различного характера, в широкую практику обучения физике фронтальные лабораторные работы вошли только в 50-е годы XX столетия. Большую работу по внедрению лабораторного эксперимента в практику школьного преподавания физики проделали А.А. Покровский и Б.С. Зворыкин, создавшие комплект приборов для проведения лабораторных работ, наладившие их выпуск промышленностью, а также решившие массу методических проблем. Руководства к проведению лабораторных занятий в средней школе были созданы П.А. Знаменским, В.А. Фетисовым и другими методистами-физиками. Физический практикум в программу по физике был введён только в 1957 г., а практически был внедрён после того, как были разработаны необходимое оборудование и методика проведения этих работ. В решении этой проблемы велика роль А.А. Покровского и И.М. Румянцева.

Значение физического эксперимента трудно переоценить: при выполнении учащимися лабораторных работ, у них формируется определённая культура умственного и физического труда, вырабатываются экспериментальные умения, которые включают в себя умения как интеллектуальные, так и умственные. К первой группе относятся такие умения, как 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.

Лабораторный эксперимент является одним из основных методов обучения физике в общеобразовательных учреждениях.

"В учебном процессе он выполняет три основные функции:

  1. является источником новых знаний, фундаментальным основанием теорий;
  2. средством наглядности, "живым созерцанием", иллюстрацией изучаемых явлений;
  3. критерием истинности полученных знаний, средством раскрытия их практических применений".

Кроме того, лабораторный эксперимент является эффективным средством воспитания и развития учащихся, развития у них физического мышления, познавательной самостоятельности, творческих способностей, интеллектуальных и практических умений.

В настоящее время лабораторный эксперимент не полностью выполняет эти функции.

Методика проведения фронтальных лабораторных работ во многих случаях формально - стандартизирована: оборудование нередко выставляется заранее и в полном комплекте; работы выполняются во всех классах в принципе по одинаковым инструкциям; цель проведения работ часто не ориентирует учащихся на отработку экспериментальных умений; формулы для вычислений даются в готовом виде; погрешности измерений не всегда вычисляются. Действия учащихся при этом сводятся в основном к различным измерениям, вычислению результата по готовым формулам и сверке его с табличными данными. Лабораторные работы часто проводятся с целью закрепления и повторения учебного материала и мало используются для получения новых знаний, развития самостоятельности и творческих способностей учащихся.

Основными причинами такого положения являются недостаточная разработанность методики проведения лабораторного эксперимента, недостаток в школах лабораторного оборудования, методических пособий и дидактического материала.

Целью нашей работы явилась разработка и систематизация инструкций к лабораторным работам по оптике, различающихся по типам, по уровню сложности, по содержанию в них учебного материала, по виду ориентировок деятельности учащихся, а также создание конструктора по оптике, адаптированного к проведению работ по разработанным инструкциям.

Объектом исследования выступил школьный лабораторный физический эксперимент, а его предметом - содержание и методика проведения лабораторного эксперимента по оптике на базе конструктора по оптике.

Нами были выдвинуты следующие предположения: применяя, созданный конструктор и разработанные инструкции при проведении лабораторных работ по оптике, можно ожидать постепенного приучения каждого учащегося к самостоятельному, грамотному, истинно научному проведению эксперимента, что означает переход учащихся на совершенно иной уровень осознанности значимости физического эксперимента. А также, подбирая каждому ученику инструкцию, соответствующую его уровню знаний и используя разработанную систему разноуровневых инструкций, мы прогнозируем возрастание интереса учащихся к проведению лабораторного физического эксперимента.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

  1. Изучить и проанализировать литературу по лабораторному физическому эксперименту, а также методике его проведения;
  2. разработать как можно большее число лабораторных работ и экспериментальных задач по оптике, доступных для выполнения на данном конструкторе;
  3. все лабораторные работы по оптике представить в виде системы.

Проведя классификацию лабораторных работ по содержанию учебного материала, мы разделили их на следующие группы:

  • наблюдение физических явлений;
  • измерение значений физических величин и констант;
  • изучение зависимостей между физическими величинами;
  • сборка моделей технических устройств и изучение их характеристик.

    Также была проведена систематизация инструкций к лабораторным работам по типам ориентировочной основы деятельности:
    I. Ориентировочная основа первого типа заключается в том, что учащимся предъявляется одно из заданий без указания способов и последовательности его выполнения. Предварительно аналогичных заданий ученики не выполняли.
    II. Ориентировочная основа второго типа заключается в том, кроме задания ученику даётся подробная инструкция его выполнения. Инструкция носит конкретный характер и представляет детальный план осуществления отдельных операций, на которые разбивается задание .
    III. Ориентировочная основа третьего типа характеризуется тем, что ученику инструкция по выполнению лабораторной работы предлагается в общем виде, характерном для каждой группы работ, отличающихся друг от друга содержанием учебного материала.

    В каждом из видов ориентировки можно выделить свою специфику формулирования заданий и составления инструкций.

    Так, если ученику предъявляются задания в соответствии с ООД первого типа, то возможны следующие варианты их формулировок:

    1. Определить различными способами значение какой-либо физической величины (в выборе оборудования ученик не ограничен).
    2. Определить значение какой-либо физической величины, пользуясь определённым набором оборудования (в данном случае набор оборудования строго определён учителем);

    Если же задания предъявляются в соответствии с ООД второго типа, которая предполагает решение конкретной задачи, то к ним также имеются инструкции разного уровня. На этом этапе важно соблюсти однотипность инструкций, которая означает, что все инструкции к лабораторным работам, относящимся к одной группе, должны состоять из одних и тех же блоков.

    Можно выделить следующие виды блоков:

  • перечень оборудования;
  • формулировка идеи работы;
  • наличие схемы или рисунка установки (если в них имеется необходимость);
  • качественное описание изучаемого процесса или явления;
  • его математическое описание;
  • рекомендуемая таблица результатов измерений и вычислений;
  • график с заданными осями координат (если он необходим);
  • отобранный и прописанный метод расчета погрешностей.

    Задания, сформулированные в соответствии с ООД третьего типа, обеспечиваются обобщёнными инструкциями, адаптированными под данный тип работ. В них, в общем виде прописываются вышеперечисленные блоки, присущие данному виду работ. Например, если речь идёт о блоке расчёта погрешностей, то в данном месте прописываются все методы расчёта погрешностей, которыми, в принципе, можно воспользоваться. Прописывается также форма отчета по проделанной работе: так, например, если это работа, предполагающая исследование зависимости одной физической величины от другой, то по работе нужно сделать вывод, а если в эксперименте определялось значение какой-либо физической величины, то записывается получившийся ответ с учётом погрешности измерения.

    Возможность применения той или иной инструкции определяется педагогической целью, которую учитель хотел бы реализовать, применяя данный метод обучения.

    В качестве примера приведём инструкции, написанные к заданиям, сформулированным в соответствии с основой ориентировочной деятельности второго типа.

    Изначально имеется детально прописанная инструкция к лабораторной работе, включающая в себя все возможные блоки. В зависимости от поставленной цели, учитель может исключать из инструкции те или иные блоки. Так, например, если уровень экспериментальных умений учащегося низок, то ему предлагается более развернутый вариант инструкции, с максимально возможным числом прописанных блоков. Инструкция, которую получает ученик, хорошо подготовленный в теоретическом плане, может не содержать математических формул, необходимых ему в данной работе.

    Развивая творческие умения учащегося, учитель не предлагает ему готовой схемы экспериментальной установки. Или, например, если учителю известно, что идея проведения определённого эксперимента достаточно сложна для учащихся, и они будут испытывать затруднения при её формулировании, то блок с описанием идеи эксперимента будет выдан всем ученикам.

    Именно на этапе использования разноуровневых инструкций учитель реализует индивидуальный подход в обучении. По мере развития у учащихся экспериментальных умений и навыков, детализация инструкций уменьшается и им предоставляется большая самостоятельность при выполнении работ.

    Полнее реализовать данную систему инструкций, а также решить в некоторой мере проблему нехватки оборудования в школах призван спроектированный и изготовленный нами конструктор по оптике.

    Основной его частью является оптическая скамья, по которой могут с небольшим трением перемещаться ползунки, в которые по мере необходимости могут закрепляться различные элементы экспериментальных установок (линзы, экран, различные ширмы и т.д.). Ползунки имеют указатели в виде стрелок, показывающие по шкале, нанесённой на боковую поверхность скамьи, смещение ползунков относительно экрана, друг друга, осветителя. С краю оптической скамьи имеется возможность закрепления различных типов осветителей: полупроводникового лазера, имеющего характеристики точечного источника света; или источника света, дающего широкий пучок параллельных лучей. Оптическая скамья состоит из двух половинок, жестко закреплённых между собой, но предусмотрена возможность их поворота друг относительно друга в горизонтальной плоскости (возможность определения углов отражения и преломления света). На оси поворота укреплён транспортир для измерения углов (например, отражения света). Может быть установлен столик, на который, в зависимости от экспериментальной работы, устанавливается либо призма, либо плоскопараллельная пластинка, либо стеклянная кювета, либо полуцилиндр из стекла. К оптической скамье прилагается определённый набор дополнительного оборудования, с помощью которого на ней можно выполнять как работы по геометрической, так и по волновой оптике.

    Нами был проведён педагогический эксперимент на предмет изучения роста экспериментальных умений учеников в ходе выполнения ими лабораторных работ с использованием разработанных инструкций и конструктора по оптике. Анализ полученных данных позволил выявить то, что учащиеся адекватно оценивая роль физического эксперимента в системе научных знаний, имеют четкое представление о методике его проведения. Также наблюдалось повышение интереса учащихся к лабораторному физическому эксперименту.

    Просмотров: 3197
  •   © 2001-2006, “Методист”, Кафедра МПФ | Дизайн: Александр Вольф | Перейти на сервер физического факультета БГПУ