Навчальний експеримент на уроках фізики при вивченні теми "Електричний струм"
Фізика -
наука про загальні властивості і закони руху речовини і поля. Вже у визначенні
фізики як науки закладено поєднання в ній як теоретичної, так і практичної
частин. Важливо, щоб в процесі навчання учнів фізиці вчитель зміг якомога
повніше продемонструвати своїм учням взаємозв'язок цих частин. Адже коли учні
відчують цей взаємозв'язок, то вони зможуть багатьом процесам, що відбуваються
навколо них в побуті, в природі, дати вірне теоретичне пояснення.
У навчанні фізики провідну роль відіграють
експериментальні вміння. Це обумовлено
тим, що фізика — експериментальна наука.
Усі її висновки
і досягнення спираються на правильно поставлений експеримент,
спостереження і вимірювання. Тому одним з головних завдань курсу є формування i
розвиток в учнів експериментальних умінь i дослідницьких навичок.
До сьогодні немає чіткого вичерпного визначення, що таке
експериментальні вміння. Більш вдалим є розуміння під експериментальними
уміннями таких умінь, які дозволяють
учням успішно здійснювати
самостійну експериментальну
діяльність, проводити дослідження.
І тому завдання вчителів сформувати в учнів свідоме ставлення до навчання,
розуміння матеріалу, а не механічне запам’ятовування, яке не дає стійких знань.
Навчальний експеримент – це відтворення за допомогою
спеціальних приладів фізичного явища (рідше – використання його на практиці) на
уроці в умовах найбільш зручних для його вивчення. Тому він служить одночасно
джерелом знань, методом навчання й видом наочності.
Загально відомо, що викладення курсу фізики в
загальноосвітній школі повинно спиратися на експеримент. Це зумовлено тим, що
основні етапи формування фізичних понять – спостереження явища, становлення
його зв’язків з іншими, введення величин, що його характеризують, – не може
бути ефективним без застосування фізичних дослідів. Демонстрація дослідів на
уроках, показ деяких із них за допомогою кіно і телебачення, виконання
лабораторних робіт учням складають основу експериментального методу навчання
фізиці в школі.
Являючись засобом пізнавальної інформації, навчальний
експеримент одночасно є і головним засобом наочності при вивчені фізики, він
дозволяє найбільш успішно і ефективно формувати в учнів конкретні образи, які
адекватно відображаються в їх свідомості, фізичні явища, процеси і закони, які
їх поєднують.
Навчальний експеримент у школі є основою вивчення
фізики. Без перебільшення можна сказати, що якість знань і практична підготовка
учнів з фізики перебувають у прямій залежності від якості фізичного
експерименту. Шкільний фізичний експеримент підводить учнів до розуміння
сучасних фізичних методів дослідження, виробляє у них практичні вміння і
навички.
Фізичний експеримент має певну структуру. Кожен з його
елементів є необхідним для досягнення відповідного рівня знань, практичних
умінь і навичок учнів з фізики.
(Показ схеми)
У даній схемі особливе і важливе значення займає демонстраційний експеримент. Він дає
змогу через відчуття учнів формувати в них початкові уявлення про явища, що
вивчаються, створювати чуттєві образи, які
лежать в основі багатьох фізичних понять.
Будучи носієм навчальної інформації, демонстраційний
експеримент характеризується об’єктивністю та образністю, він економічний щодо
затрат навчального часу, активно формує знання учнів.
Всі досліди повинні проходити у постійному діалозі
вчитель – учні. Потрібно вчити дітей не боятися помилитися у поясненнях,
залучати до роботи всіх учнів. Уважно вислуховувати кожну відповідь,
пропонувати захистити думку, коректно виправляти недоліки, неточності.
Фізичний експеримент, який є джерелом первинних уявлень
учнів про нові для них фізичні явища і властивості, можна назвати фундаментальним демонстраційним
експериментом.
З фундаментального досліду починаю вивчення майже кожної
нової теми, що є базою свідомого засвоєння матеріалу.
Для з’ясування суті фізичного явища та його зв’язків із
відомими явищами використовую дослідницький
демонстраційний експеримент.
Під час досліджень вчитель повинен вдало підготувати
запитання до кожного кроку досліду, які б спонукали учнів до активної свідомої
роботи.
Політехнічні
досліди дають можливість показати практичне застосування вивченого явища.
Відповідно до структури фізичного експерименту дуже
важливе місце займає спостереження та
домашній експеримент.
Виконуючи домашні досліди, учні самостійно здобувають
знання, а не дістають їх у готовому вигляді від учителя. Можливість
застосування дослідного і частково-пошукового методу сприяє розвитку активності
і самостійності учнів, вдосконалює їх практичні вміння і навички. Необхідність
самому виконати дослід, розвиває в них пізнавальні інтереси, творчі здібності,
кмітливість та спостереження, бажання подолати труднощі і досягти поставленої
мети.
Вчитель повинен підбирати досліди так, щоб вони були
джерелом додаткових знань, стимулом до навчання, фундаментом у майбутньому
житті.
Одним з видів роботи на уроці фізики є фронтальний експеримент, він дає змогу
задіяти до роботи всіх учнів, дає можливість учням набути практичних навичок
роботи з новими приладами, дослідити особливості явища, що вивчається в даний
момент часу.
Вищим ступенем самостійного експерименту учнів є фізичний практикум, під час якого
набуті вміння вдосконалюються та узагальнюються, до яких включаються складніші
лабораторні роботи, які можуть бути проведені в кінці великих розділів.
Особливістю фізичних практикумів є те, що при їх проведенні учні одночасно
виконують різні роботи. Фізичні практикуми, як і фронтальні лабораторні роботи,
учні виконують індивідуально або групами.
Неабияке зацікавлення учнів викликає розв’язування експериментальних задач - задач, в яких
експеримент служить засобом одержання величин, необхідних для розв’язання, дає
відповідь на поставлене в задачі запитання або є засобом перевірки зроблених
згідно умови розрахунків.
Демонстрування дослідів — активний цілеспрямований процес, у
ході якого вчитель керує відчуттями та сприйманнями учнів і на їх основі формує певні поняття й переконання.
Під
керівництвом учителя учні повинні самостійно відшукати максимально можливу кількість інформації, яку потрібно засвоїти. Ще Костянтин
Дмитрович Ушинський вказував на необхідність саме такої організації навчального
процесу: «Якщо навіть припустити, що учень зрозуміє думку, пояснену йому
вчителем, то і в такому випадку думка ця ніколи не вляжеться в голові його так
міцно і свідомо, ніколи не стане такою повною власністю учня, як тоді, коли він
сам її виробить» .
Значення
демонстраційного фізичного експерименту полягає в тому, що:
- учні
знайомляться з експериментальним методом пізнання у фізиці, з роллю
експерименту у фізичних дослідженнях (у результаті у них формується науковий
світогляд);
-у учнів
формуються деякі експериментальні уміння: спостерігати явища, висувати
гіпотези, планувати експеримент, аналізувати результати, встановлювати залежності
між величинами, робити виводи і тому подібне.
Демонстраційний
експеримент, будучи засобом наочності, сприяє організації сприйняття учнями
учбового матеріалу, його розумінню і запам'ятовуванню; дозволяє здійснити
політехнічне навчання учнів; сприяє підвищенню інтересу до вивчення фізиці і
створенню мотивації учення. Але при проведенні вчителем демонстраційного
експерименту учні тільки пасивно спостерігають за дослідом, що проводиться,
вчителем, самі при цьому нічого не роблять власними руками. Отже, необхідна
наявність самостійного експерименту учнями по фізиці.
Приклади дослідів:
·
Вивчення теплової дії струму.
Якщо в коло підключити шматок дроту, то вона скоро
нагріється. Це нагрівання відбувається за рахунок руху електронів, які, як
кажуть, «труться» об атоми. Швидкість та величина нагрівання залежить від
матеріалу, з якого виготовлений дріт. Чим більший опір матеріалу, тим скоріше
нагріватиметься дріт.
Якщо ми хочемо за допомогою електричного струму
нагріти електричну плиту, то потрібно використовувати матеріал з високим опором
та доброю теплопровідністю. Довгий дріт вивільняє більше тепла, ніж короткий,
але для зручності використання, її потрібно звернути в спіраль.
Якщо на спіраль подати більшу напругу, то разом з
теплом вона буде давати і світло.
Домашній експеримент
Досліди, що
задаються додому, повинні не вимагати застосування яких-небудь приладів і
істотних матеріальних витрат. Це повинні бути досліди з водою, повітрям, з
предметами, які є в кожного вдома. Хтось може засумніватися в науковій цінності
таких дослідів, звичайно, вона мінімальна. Але хіба погано, якщо дитина сама
може перевірити відкритий за багато років до нього закон або явище? Дослід -
завдання творче, роблячи що-небудь самостійно, учень, хоче він цього чи ні, а
задумається: як простіше провести дослід, де зустрічався він з подібним явищем
на практиці, де ще може бути корисне дане явище. Тут треба відмітити те, щоб
діти навчилися відрізняти фізичні досліди від усіляких фокусів, не плутати одне
з іншим.
Головні
завдання експериментальних робіт цього вигляду:
·
формування уміння
спостерігати фізичні явища в природі і в побуті;
·
формування уміння
виконувати вимірювання за допомогою вимірювальних засобів, що використовуються
в побуті;
·
формування інтересу
до експерименту і до вивчення фізики;
·
формування
самостійності і активності.
Приклад
·
Електрика з картоплі
Стародавні єгиптяни ще чотири тисячі років тому вміли
добувати енергію із соку лимонів та апельсинів. Потрібно розрізати бульбу на
маленькі шматочки. У кожен вставити металевий та мідний гвіздочки, а далі
послідовно з'єднати їх між собою з допомогою дротиків, доки не утворюється
замкнуте коло. На табло тестера висвічується цифра 5,42. Саме такою є напруга у
цій «електромережі» з картоплі. Приєднати до мережі маленьку лампочку від
батареї, і та... починає світитися. Сік картоплі виступає своєрідним електролітом.
Мідь і залізо, окислюючись, створюють два полюси — плюс і мінус. Коли коло від
першого шматочка до останнього замикається, ми одержуємо енергію.
Лабораторний фізичний експеримент
Навчання
фізиці не можна представити тільки у вигляді теоретичних занять, навіть якщо на
заняттях показуються демонстраційні фізичні досліди. До всіх видів сприйняття
треба обов'язково додати на заняттях «роботу руками». Це досягається при
виконанні учнями лабораторного фізичного експерименту, коли вони самі збирають
установки, проводять вимірювання фізичних величин, виконують досліди.
Лабораторні заняття викликають у учнів дуже великий інтерес, що цілком
природно, оскільки при цьому відбувається пізнання учнем навколишнього світу на
основі власного досліду і власних відчуттів.
Значення
лабораторних занять по фізиці полягає в тому, що у учнів формуються уявлення
про роль і місце експерименту в пізнанні. При виконанні дослідів у учнів
формуються експериментальні уміння, які включають як інтелектуальні уміння, так
і практичні. До першої групи відносяться уміння: визначати мету експерименту,
висувати гіпотези, підбирати прилади, планувати експеримент, обчислювати
погрішності, аналізувати результати, оформляти звіт про виконану роботу. До
другої групи відносяться уміння: збирати експериментальну установку,
спостерігати, вимірювати, експериментувати.
Крім того,
значення лабораторного експерименту полягає в тому, що при його виконанні у
учнів виробляються такі важливі особові якості, як акуратність в роботі з
приладами; дотримання чистоти і порядку на робочому місці, в записах, які
робляться під час експерименту, організованість, наполегливість в отриманні
результату. У них формується певна культура розумової і фізичної праці.
Лабораторні роботи можливо виконувати віртуально. Проведення
віртуальних лабораторних робіт на самих
різних етапах вивчення фізики
надзвичайно видовищне, інформативне; жоден з етапів заняття не виключає можливості ефективного застосування подібного програмного продукту.
Приклади дослідів:
·
При вивченні типів з’єднання провідників.
Послідовне з’єднання провідників
Обладнання: 1) джерело струму, 2) ключ, 3) електрична лампа на підставці -
2шт., 4) амперметр - 3 шт., 5) вольтметр - 3 шт., 6) з'єднувальні дроти.
Учні роблять
висновки в роботах
При послідовному з'єднанні провідників сила струму у всіх
провідниках однакова: 
Повна напруга в колі при
послідовному з'єднанні, або напруга на полюсах джерела струму, дорівнює сумі
напруг на окремих ділянках кола: 
Загальний опір усієї ланки кола дорівнює сумі опорів:
Експериментальні задачі
Експериментальними називають такі задачі, в яких
експеримент служить засобом визначення величин, необхідних для розв’язання, дає
відповідь на поставлене в задачі питання або є засобом перевірки зроблених
відповідно умові обчислень. Але варто зазначити, що вони відрізняються від
фронтальних і спостережень по фізиці і не замінюють їх. Головна мета роботи
перш за все дослідження явищ і нагромадження учнями експериментальних явищ, а в
процесі розв’язання експериментальних задач ці навички використовуються і
розвиваються, спостереження та вимірювання завжди виконуються для конкретних
проявів фізичних закономірностей, а не з’ясування чи підтвердження останніх, як
це має місце в лабораторних роботах.
Вони:
·
активізують
мислення;
·
формують практичні
навички;
·
формують логічне та
фізичне мислення.
Задачі з фізики мають приваблювати учнів як своїм
змістом, так і «красою» методів розв’язання, які дозволяють передбачити або
відкрити явище природи чи властивості тіл. Завдання як будь-яке подолання труднощів
представляють також і «спортивний інтерес». Вони повинні бути посильні і
водночас цікаві.
Приклади задач:
1.
Зібрати коло з
джерела, однополюсного рубильника-перемикача, лампи і дзвінка так, щоб при
одному положенні перемикача спалахувала лампа, при іншому - працював дзвінок.
Накреслити схему ланцюга.
Потрібно зібрати електричне коло за такою схемою:
Висновок
У сучасній основній
школі рівень сформованості
експериментальних умінь учнів, недостатній. Це обумовлено тим, що по-перше, програма з фізики, містить перелік
умінь та рекомендує їх формування, без будь-якої системи. По-друге, формування
експериментальних умінь вимагає
достатньої кількості обладнання,
що, найчастіше, не мають в своєму розпорядженні школи. По-третє, відповідна діяльність потребує
багато часу на уроці. Сьогодні, учителю доводиться вирішувати проблему, як
ущільнити матеріал за меншу кількість
годин встигнути виконати програму, закладену стандартом. Тому пізнавальна
діяльність учнів носить, в основному, репродуктивний характер. Як результат
діти, виконавши в
процесі навчання кілька
сотень дослідів, до
моменту закінчення середньої школи
не можуть визначити
характерні риси експерименту як
методу наукового пізнання, виділити в ньому основні операції та виконати їх
самостійно.
Жоден вчитель не
повинен забувати про
те, що саме
від рівня сформованості
експериментальних умінь залежить успіх майбутньої діяльності дитини. Ні один
заклад освіти не може навчити свого випускника всьому, дати йому рецепти
на всі випадки
життя, але він
може і зобов'язаний
озброїти випускника досвідом наукового пізнання, який дасть змогу, в
міру потреби засвоювати нову інформацію,
доповнювати знання, розширювати
свій кругозір. З огляду на викладене, особливого значення набуває
формування в молоді вже у
шкільному віці стійкого
інтересу до знань,
озброєння її навичками і
вміннями, які після здобуття середньої освіти забезпечать людині можливість не
відставати від прискореного науково-технічного прогресу. Саме до таких
умінь і належать
експериментальні, які є
фундаментом для самоорганізації,
саморозвитку особистості.
