Розробка схем простих демонстраційних експериментів для шкільного курсу оптики

КУРСОВА РОБОТА

на тему: «РОЗРОБКА СХЕМ ПРОСТИХ ДЕМОНСТРАЦІЙНИХ ЕКСПЕРИМЕНТІВ ДЛЯ ШКІЛЬНОГО КУРСУ ОПТИКИ»

2009

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ВЗАЄМОДІЯ ТЕОРЕТИЧНОГО ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МЕТОДІВ У ФІЗИЦІ

1.1 Функції експерименту в науковому пізнанні

1.2 Взаємодія теоретичного та експериментального методів у шкільному навчанні

1.2.1 Роль фізичного експерименту у формуванні фізичних понять

1.2.2 Види шкільного навчального експерименту

2. ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ЯК ФОРМА ФІЗИЧНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ

2.1 Місце демонстраційного експерименту в шкільному курсі фізики

2.2 Основні вимоги до демонстраційного експерименту

2.3 Обладнання шкільного кабінету фізики

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ДОДАТОК 1

1.1 Дифракція світла на СD або DVD диску

1.2 Принцип дії світловоду

1.3 Досліди з інтерференції

ВСТУП

Система фізичної освіти формувалася в багаторічній практиці викладання фізики в загальноосвітніх і вищих навчальних закладах. Зусиллями поколінь учителів і вчених був визначений оптимальний зміст, структура шкільного курсу фізики й система навчального фізичного експерименту. Фізика розглядалася як найважливіша складова науково-технічного прогресу, а її викладання у школі було в центрі уваги громадськості й органів народної освіти. До середини ХХ ст. шкільна фізична освіта в Україні не поступалася кращим світовим стандартам. Таке положення підтримувалося майже до кінця сторіччя, сприяючи досягненню високого рівня освіченості населення нашої країни й формуванню її інтелектуальної еліти. Однак в 90-ті роки виявилася наростаюча тенденція до відставання рівня знань і вмінь з фізики учнів українських загальноосвітніх шкіл від їхніх однолітків з інших розвинених країн: по цьому показнику Україна з 1991 р. по 1995 р. опустилася з 3 на 12 місце. Особливо низькі порівняльні результати засвоєння нашими учнями елементів наукових методів пізнання, теоретичних і експериментальних умінь застосовувати свої знання в незнайомих ситуаціях [7].

Серед причин, що спричинили зниження якості навчання фізиці, найбільш істотними є наступні:

- скорочення часу на вивчення фізики внаслідок введення в навчальні плани шкіл великої кількості нових предметів під гаслами необхідності морально-етичного, естетичного, екологічного, краєзнавчого, полового й т.п. виховання школярів;

- зниження кваліфікації вчителів фізики через відтік великої кількості фахівців у комерційні й інші структури у зв'язку з низькою оплатою праці вчителя й падіння престижу його діяльності;

- руйнування системи забезпечення шкіл навчальним фізичним обладнанням. Багато вчителів втратили можливість проводити значну частину навіть тих лабораторних робіт і демонстраційних дослідів, які передбачені програмою з фізики. Відсутність же в навчальному процесі фізичних дослідів робить неможливим формування вмінь методологічного характеру й умінь застосовувати теоретичні знання для пояснення природних явищ.

Актуальність даної проблеми визначила мету дослідження: дидактичні й методичні можливості використання предметів з повсякденного побуту для демонстрації фізичних явищ на уроках фізики.

Об'єктом дослідження є фізичний експеримент як основа формування фізичних понять.

Предметом дослідження є демонстраційний експеримент як форма фізичного експерименту.

Гіпотеза: застосування простих демонстраційних експериментів, підібраних в роботі для пояснення сутності оптичних явищ, дозволить покращити якість навчання оптики в загальноосвітніх закладах.

Для досягнення поставленої мети й підтвердження гіпотези поставлені наступні завдання:

1) Проаналізувати взаємодію теоретичного й експериментального методів у фізиці;

2) Розглянути види фізичного експерименту в залежності від виконавця досліду та його ролі у функціонуванні окремих компонентів теорії;

3) Встановити основні вимоги до шкільного демонстраційного експерименту та виділили етапи підготовки вчителя до уроку з використанням демонстрації;

4) Розробити практичні схеми простих демонстраційних експериментів для пояснення сутності фізичних явищ у шкільному курсі оптики.

1. ВЗАЄМОДІЯ ТЕОРЕТИЧНОГО ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МЕТОДІВ У ФІЗИЦІ

1.1 Функції експерименту в науковому пізнанні

Фізика - експериментальна наука. Закони фізики засновані на фактах, встановлених на досліді. Причому нерідко тлумачення тих самих фактів змінюється у ході історичного розвитку фізики. Факти накопичуються в результаті спостережень. Але при цьому тільки ними обмежуватися не можна. Це тільки перший крок до пізнання. Далі йде експеримент, вироблення понять, що допускають якісні характеристики у формі числа. Щоб зі спостережень зробити загальні висновки, з'ясувати причини явищ, треба встановити кількісні співвідношення між величинами. Якщо буде отримана така залежність, буде знайдено фізичний закон. Якщо знайдено фізичний закон, то немає необхідності ставити в кожному окремому випадку дослід, досить виконати відповідні обчислення. Встановивши експериментально кількісні зв'язки між величинами, можна виявити закономірності. На основі цих закономірностей розвивається загальна теорія явищ. Такий підхід застосовується у всіх галузях фізики. Навіть теоретична фізика, її основні розділи, спираються на відповідні фундаментальні досліди. Ейнштейн писав: «Чисто логічне мислення саме по собі не може дати ніяких знань про світ фактів; все пізнання реального світу виходить з досліду й завершується їм. Отримані чисто логічним шляхом положення нічого не кажуть про дійсність» [16, с. 179].

Але експеримент у фізиці як науці зайняв своє місце не відразу, а лише в результаті боротьби словесних та експериментальних методів, яка продовжувалася кілька століть. Ще в XIII столітті Роджер Бекон (1214 - 1294) виступив проти умоглядного підходу до вивчення природних явищ. Продовжив боротьбу за експериментальний метод великий вчений-енциклопедист Леонардо да Вінчі (1452 - 1519). Остаточно затвердив експериментальний метод Галілео Галілей (1564 - 1642). Його визнають батьком експериментального метода в фізиці [7].

Щоб зрозуміти тісний зв'язок між теорією та експериментом, визначимо логічну структуру дослідження. Першим кроком дослідника є вибір ним галузі дослідження. Цей вибір визначається актуальністю, новизною, перспективністю цієї галузі, а також суб'єктивними чинниками: інтересами, нахилами, освітою, характером професійної діяльності дослідника. Наступний крок - визначення проблеми і формулювання теми дослідження. Далі визначають об'єкт і предмет дослідження. Об'єкт дослідження - це певна сукупність властивостей і відношень, яка існує незалежно від дослідника, але ним відображається. Словом, об'єкт - це те, що об'єктивно існує і на що спрямована увага дослідника. Предмет дослідження - це певний бік об'єкта дослідження, тобто це ті елементи, відношення, зв'язки об'єкта, які підлягають вивченню. Із предмета вивчення безпосередньо випливають завдання дослідження.

Наступний етап - розроблення теоретичної концепції дослідження, а потім і формулювання робочої гіпотези. Гіпотеза - це форма прогнозування, форма результату при виконанні певних умов. Тобто, у формулюванні гіпотези зазначаються умови, при виконанні яких можна очікувати того чи іншого результату. Наступний крок - розроблення програми уточнення і перевірки гіпотези. Далі розробляється методика, методи проведення дослідження і, нарешті, проводиться саме дослідження. Його результати дають можливість сформулювати практичні і теоретичні висновки. Останній крок - впровадження у практику розроблених ідей і методів [10].

Таким чином, як у наукових дослідженнях, так і у викладанні фізики експеримент виступає не тільки як джерело знань, але й як критерій достовірності фізичних закономірностей, як вихідний пункт для проведення логічних і математичних операцій, як результат, що переконує у правильності висновків та як доказ зв'язку теорії із практикою.

1.2 Взаємодія теоретичного та експериментального методів у шкільному навчанні

1.2.1 Роль фізичного експерименту у формуванні фізичних понять

Фізика займає одне з важливих місць серед дисциплін у школі. Як навчальний предмет вона створює в учнів уявлення про наукову картину світу. Викладання фізики передбачає широке використання фізичного експерименту. Психологи відзначають, що складний матеріал краще сприймається на наочних прикладах, ніж на його опису. Дослідження Едгара Дейла показали, що люди запам'ятовують 20% того, що почули, 30% того, що побачили, 50% того, що почули й побачили й 70% того, про що говорять і пишуть. Тому демонстрація експерименту запам'ятовується краще, ніж розповідь вчителя про фізичний дослід [16]. Зокрема, за цією самою причиною організація процесу навчання у фізиці немислима без застосування спеціально спланованої та організованої системи навчального фізичного експерименту. Основоположник вітчизняної науки М. В. Ломоносов зазначав: «Дослід цінніше тисячі думок, породжених уявою».

Спочатку дамо визначення фізичного експерименту. Фізичний експеримент - це спостереження й аналіз досліджуваних явищ у певних умовах, що дозволяють стежити за ходом явища й відтворювати їх щораз при незмінних умовах [13]. Застосування фізичного навчального експерименту сприяє не тільки більш якісному формуванню предметних знань, але й розвитку практичних, загальнонаукових вмінь учнів, зокрема уміння планувати експеримент, висувати гіпотезу, працювати з лабораторним устаткуванням, знімати показання приладів, обробляти й інтерпретувати результати експериментів, грамотно їх оформлювати. Особливого значення набуває навчальний фізичний експеримент при навчанні фізики в середніх загальноосвітніх навчальних закладах. Застосування цього методу дозволяє більш повно врахувати вікові особливості учнів і вести викладання, забезпечуючи не тільки необхідний рівень науковості, але також наочність й доступність, розвивати інтерес до фізики, підвищуючи тим самим ефективність і якість навчального процесу [9].

Зміст шкільного курсу фізики можна представити у вигляді основних компонентів невеликого числа фундаментальних базових теорій. До компонентів фізичних теорій відносяться: вихідні факти, основні фізичні поняття, ідеалізовані об'єкти й моделі, закони й закономірності, висновки теорій і їхнє практичне застосування. Аналіз внутрішньої логіки розвитку фізичних знань показує, що компоненти фізичних теорій знаходять контакт із реальністю через систему експериментально-вимірювальних процедур. Характер зв'язку компонентів теорії з реальністю досить складний і різноманітний. Різна й роль експериментально-вимірювальних процедур, що встановлюють певну якісну й кількісну характеристику зв'язків і відносин реальних об'єктів, які відповідають цим компонентам. У зв'язку із цим можна провести класифікацію навчального експерименту за його роллю у функціонуванні окремих компонентів теорії, що лежать в основі системи навчального матеріалу тем і розділів фізики.

Розглянемо докладніше специфіку кожного з видів навчальних дослідів (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 - Класифікація навчального експерименту за його роллю у функціонуванні окремих компонентів теорії.

Компоненти фізичної теорії	Види дослідів
Вихідні факти	Вихідні, модельно-вихідні
Основні фізичні поняття	Визначальні
Ідеалізовані об'єкти й моделі	Визначальні
Закони й закономірності	Функціональні
Висновки й наслідки теорії	Ілюстративні
Практичне застосування	Технічні

Вихідними є досліди, що лежать в основі вихідних фактів, які послужили у свій час відправним моментом, що забезпечує створення теоретичного знання. Якщо вихідні досліди не можуть бути відтворені у процесі навчання із самих різних причин, то їх можна (і потрібно) заміняти модельно-вихідними, які дозволяють створювати уявлення про кінетику фізичних процесів, що лежать в основі теорії. Отже, вихідні досліди передують вивченню основного теоретичного матеріалу теми. Вони відкривають клас нових явищ, які підлягають вивченню надалі, і створюють для цього відповідну експериментальну основу. Глибоке розуміння змісту вихідних дослідів необхідне для наступного успішного вивчення теми.

Вихідні досліди - загальні, охоплюють багато сторін досліджуваних явищ і носять у своєму складі проблемний характер. Тому в постановці вихідних дослідів широко використовується створення проблемних ситуацій. Якщо дослід є фундаментальним у науці, то важливо використовувати історичні відомості про ті ситуації, які виникли перед вченими в ході розвитку фізичних ідей, про постановку наукових проблем і їх експериментальне вирішення. Аналізуючи вихідний дослід, необхідно роз'яснити, які наукові ідеї були покладені в його основу, які висновки принципового характеру були отримані з експерименту, як вони вводяться у теоретичну систему навчального матеріалу теми або розділу.

У модельно-вихідних дослідах аналізуються процеси і явища, які в решті решт будуть використані в поясненні реальних явищ. При цьому важливо виділити і піддати аналізу тільки ті сторони явищ, що спостерігаються, які дозволяють створити правильні модельні уявлення про досліджувані явища. Тому використання модельно-вихідних дослідів, на відміну від вихідних, потребує попереднього теоретичного осмислювання дослідних фактів, що вивчаються. Тут придатний метод пояснення, послідовність якого така: при використанні модельних уявлень теоретично аналізується очікуване явище, його зв'язки й залежність від інших явищ; демонструється модель цього явища; наводяться приклади реальних явищ, які узгоджуються з даним модельними уявленням. Описана тут методика використання вихідних і модельно-вихідних дослідів носить узагальнений характер. Вона може бути застосована при демонстрації будь-якого досліду цього виду незалежно від природи досліджуваного фізичного явища.

Визначальними будемо називати досліди, постановка яких дає можливість виділити основні ознаки понять, наповнити їх змістом, а також встановити деякі кількісні і якісні характеристики і властивості ідеалізованого об'єкта.

Функціональні досліди дозволяють встановити або підтвердити наявність зв'язків між фізичними поняттями.

Ілюстративні досліди підтверджують висловлення, припущення й наслідки, що виходять з теорії.

Технічні досліди розкривають застосування фізичних закономірностей у техніці та вимірюваннях.

Такі досліди можуть бути в наявності у будь-якому навчальному матеріалі розділу або теми, але їх предметне втілення залежить від логічної структури цього матеріалу, а також від рівня підготовки учнів.

Подібний підхід до навчального експерименту дозволяє:

- краще осмислити зміст, роль і місце навчального експерименту у викладанні фізики, його зв'язок з теорією;

- виробити єдині прийоми узагальненого характеру, придатні для використання в постановці багатьох дослідів певного виду в навчанні фізиці, що досить важливо при підготовці вчителя фізики;

- ознайомити учнів з мовою фізики й методом фізичної науки й тим самим підвищити науковий рівень системи фізичних знань [12].

1.2.2 Види шкільного навчального експерименту

Надана вище схема відображає зв'язок експерименту з теорією, але нічого не повідомляє про послідовність засвоєння експериментальних умінь і навичок, про виконавця досліду (вчитель чи учень), про місце проведення експерименту (на уроці або дома). Розглянемо ці питання докладніше.

Залежно від того, ким здійснюється навчальний експеримент - вчителем або учнем, його прийнято розділяти на демонстраційний і лабораторний. У свою чергу, існують два види лабораторного експерименту: фронтальні лабораторні роботи й роботи фізичного практикуму. До лабораторного експерименту умовно можна віднести й домашні фізичні досліди учнів.

Фізичний експеримент у школі застосовується в наступних видах:

- демонстраційний дослід, який проводить вчитель;

- фронтальні лабораторні роботи, які виконуються учнями в процесі вивчення програмного матеріалу;

- роботи фізичного практикуму, які виконуються учнями в завершення попередніх розділів курсу фізики або наприкінці всього шкільного курсу фізики;

- експериментальне завдання;

- позакласні фізичні досліди і домашня експериментальна робота.[9].

У всіх посібниках вказують саме ці основні види навчального експерименту, за винятком посібника за редакцією С.Е. Каменецького, у якому відповідно до сучасних вимог і можливостей техніки вводиться в навчальний процес, доповнивши перераховані види експерименту, новий вид - фізичний експеримент із використанням комп'ютера [13].

Ця класифікація складалася поступово: на початку був тільки демонстраційний експеримент, потім (наприкінці XIX століття) виникла ідея фронтального фізичного експерименту, що остаточно реалізувалася у школі тільки в 50-і роки XX століття, потім, на кілька десятків років пізніше, був введений у школі фізичний практикум [9].

Наступна схема класифікації фізичного експерименту (рис. 1.1) відображає послідовність рівнів засвоєння експериментальних умінь і навичок.

Рисунок. 1.1 - Класифікація навчальних фізичних експериментів

Перший етап:

Формування первісних практичних умінь і навичок, демонстраційний експеримент або демонстрація. Демонстрація - це фізичний експеримент, що представляє фізичні явища, процеси, закономірності, які сприймаються зорово.

Демонстрація ілюструє теоретичні положення, які викладає на уроці вчитель, і підготовляє до самостійного проведення фронтальних лабораторних робіт. Варто врахувати, що демонстраційний експеримент не вичерпує всіх можливостей активного сприйняття учнями досліджуваних явищ, оскільки учні тільки спостерігають. Практичні вміння й навички виробляються в ході учнівського експерименту, тому демонстрацію потрібно доповнювати фізичним практикумом. Практичні вміння й навички виробляються в ході учнівського експерименту, тому демонстрації потрібно доповнювати фронтальними лабораторними роботами й фізичним практикумом. У число демонстрацій варто включати досліди (або їх фрагменти), що ілюструють явища на якісному рівні, які пізніше будуть виконуватися на фронтальних лабораторних роботах з кількісною оцінкою.

Другий етап:

Фронтальні лабораторні роботи - вид практичних робіт, що виконуються у процесі досліджуваного програмного матеріалу, коли всі учні класу одночасно виконують однотипний експеримент, використовуючи однакове обладнання [13]. Ці роботи, відносно невеликі за часом, як правило займають лише частину уроку або один урок. Учні починають їх виконувати вже на першому році вивчення базового курсу фізики в основній школі [9].

Страницы: 1, 2

В соцсетях