Учебный эксперимент в организации познавательной деятельности учащихся

Развитие методик обучения физике в школе Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2010, № 5 (2), с. 407-410

УДК 373.1.02

УЧЕБНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

В ОРГАНИЗАЦИИ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩИХСЯ

© 2010 г. С.В. Полушкина

Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского ро1шЬктаз @шаД.ги

Поступила в редакцию 31.05.2010

Представлена новая система нормативных положений (принципов) организации школьного физического эксперимента, описывающая его роль в раскрытии научных основ содержания изучаемого материала и организации познавательной деятельности учащихся.

Ключевые слова: школьный физический эксперимент, познавательная деятельность, принципы обучения.

В преподавании физики в средней школе широко используется разнообразный учебный эксперимент, основа организации познавательной деятельности учащихся. Особое значение имеет демонстрационный эксперимент. Здесь результат большинства уроков по физике во многом зависит от того, насколько удачно подобран, подготовлен и проведен эксперимент во время учебных занятий.

Школьному физическому эксперименту посвящено огромное число работ. По каждому разделу физики, для любого класса, можно найти большое количество красивых и содержательных экспериментов. Однако не вызывает сомнения тот факт, что в реальной школьной жизни роль учебного эксперимента постоянно падает. Одной из причин этого является то, что в методике обучения физике преобладает описание техники эксперимента и недостаточно обсуждается место эксперимента в уроке и метод обучения, с помощью которго он реализуется.

Нетрудно заметить, что система принципов, определяющих методику применения демонстрационного физического эксперимента, описанная во многих методических изданиях [1-3], носит по преимуществу частно-методический, технический характер. В ней недостаточно выделен дидактический компонент организации деятельности учащихся, а предметная основа, роль эксперимента в раскрытии научных основ изучаемого содержания изложена недостаточно конструктивно, что заставляет искать новые нормативы, которые позволили бы более определённо указывать на методические аспекты формирования знаний и умений учащихся в ходе их деятельности, основанной на школьном физическом эксперименте.

Мы придерживаемся точки зрения О.В. Лебедевой и И.В. Гребенева, что в зависимости от уровня профессионализма учитель может планировать эксперимент на нескольких выделенных уровнях [4].

Первый уровень. Учитель включает эксперимент в план урока, потому что он описан в параграфе учебника или методических рекомендациях, и не может обосновать, почему выбран именно данный эксперимент для организации познавательной деятельности учащихся.

Второй уровень. Основываясь на методических рекомендациях или содержании текста учебника, учитель анализирует предложенные там эксперименты, выбирает вариант включения демонстрационных экспериментов в учебный процесс (источник проблемной ситуации, исходный факт теории, средство проверки гипотезы, иллюстрация рассказа учителя), исходя из содержания изучаемого материала, цели урока, ведущего метода обучения.

Третий уровень. При конструировании учебного процесса, проанализировав содержание, которое должны усвоить учащиеся, учитель определяет, нужен ли на данном этапе эксперимент, а если нужен, то какой эксперимент даст оптимальную возможность организации познавательной деятельности учащихся, направленной на усвоение этого содержания. Выбрав соответствующий эксперимент и вариант его проведения, учитель планирует деятельность учащихся по усвоению информации, осмыслению фактов и получению выводов из увиденного, наблюдаемого процесса во время эксперимента.

Для выхода учителя на третий из описанных уровней его необходимо вооружить неко-

торым набором методических положений, применение которых позволило бы упорядочить осознанную деятельность по организации учебного эксперимента в ходе конструирования урока.

Проведённый нами педагогический эксперимент позволил установить, что в тех случаях, когда применение учителем на уроке демонстрационного эксперимента не привело к формированию требуемого уровня знаний и умений, в подавляющем большинстве цели урока и конкретного эксперимента на выбранном этапе не соответствовали объективно месту этого опыта в системе раскрытия физического содержания. Учителя ставили эксперимент, но ученики не участвовали в познавательной деятельности с запланированным содержанием, поэтому в проведении эксперимента не было методического резона, а время и усилия учителя были потрачены впустую. На наш взгляд, деятельность учащихся в течение всего урока должна основываться на демонстрационном эксперименте, который сам развивается, и деятельность учащихся переходит от простого наблюдения к предсказанию явлений.

В развитие этой темы мы предлагаем следующие положения, которые можно рассматривать как некоторые нормы организации школьного физического эксперимента, описывающие его роль в раскрытии научных основ содержания изучаемого материала.

1. Подбор эксперимента должен отвечать логике раскрытия физического содержания, соответствовать объективному этапу раскрытия полноценной физической теории.

2. Из каждого эксперимента, каждой показанной установки должно быть извлечено и усвоено учащимися максимально возможное физическое содержание, вся возможная на данном этапе изучения физика.

3. Следует использовать результаты опыта как можно больше, дольше и эффективнее, как на этом уроке, так и в целом в учебном процессе, в системе уроков, в ходе самостоятельной домашней работы учащихся и т.д.

4. На базе каждого эксперимента следует организовывать максимально возможную (в том числе по уровню самостоятельности) познавательную деятельность учащихся.

5. Цель эксперимента не только в том, чтобы сформировать новое знание, но ещё и в том, чтобы заставить при его применении, изучении работать старое, имеющееся знание, ибо усвоение его происходит в процессе применения, в данном случае на основе эксперимента.

6. Результат усвоения учащимися нового физического содержания из эксперимента должен быть доказан, показан, проверен на материале этого же эксперимента. Должно быть доказано, что от увиденного в головах учащихся произойдёт перемещение умственной деятельности от наблюдения к теории, к умению её применять при объяснении, предсказании результатов следующего этапа этого эксперимента.

В целом эти положения развивают требование максимальной научной достоверности эксперимента и его эффективности как ведущего метода обучения. Вне точного анализа содержания (физического, научного) и уровня, на котором это содержание может быть сформировано, не может быть эффективного учебного эксперимента. То есть опыт будет поставлен и даже удастся, но приобретения, развития знаний и умений ими пользоваться в той мере, какая допускается этим содержанием, не произойдёт.

Рассмотрим применение этих положений на двух примерах.

I. Резонанс в механических системах.

Подготовим известный опыт с двумя стандартными камертонами, дополнив его лёгким шариком на нити и теневой проекцией для наблюдения вынужденных колебаний разной амплитуды. Продемонстрировав возбуждение второго камертона, обратим внимание на звучание одной ноты от обоих источников. Нельзя сказать, что мы доказали наличие резонанса, поскольку может быть, что два любых камертона, не одной собственной частоты, будут давать такой же эффект. Определив резонанс как явление, имеющее место при совпадении частот вынуждающей силы и колебательной системы, поставим перед учащимися вопрос: а как доказать, что только при этом условии амплитуда достаточно велика? Надо это условие нарушить, изменив собственную частоту, например, пассивного элемента. Как? Жесткость к определяется материалом камертона, а вот массу его можно изменить. Будем увеличивать её, добавляя пластилин на ножки второго камертона. Повторяем опыт и просим учащихся так же слушать звучание камертонов. Звук «плывёт», имеют место биения. Продолжая доказывать, что резонанс наступает при совпадении частот, просим учащихся предложить способ его восстановления. Для этого надо добавить пластилин на активный камертон. Если мы правы, то резонанс будет наблюдаться снова. Если учащиеся предложили это продолжение эксперимента и правильно предсказали или объяснили наблю-

даемое явление, то они усвоили сущность резонанса и учитель доказал это их деятельностью в ходе эксперимента.

Для развития знаний учащихся и организации их домашней самостоятельной работы можно обсудить вопрос о добротности колебательных систем - ведь мы нарушили и затем восстановили резонанс, добавив весьма малую долю от массы самого камертона, и, следовательно, весьма незначительно сдвигая частоты.

На этом простом примере мы проиллюстрировали все наши предложенные выше принципы.

1. Извлечено, на материале эксперимента показано максимально возможное физическое содержание - условие резонанса, его нарушение и восстановление при изменении частот, показаны биения, и учащиеся подготовлены к восприятию термина «добротность».

2. Эксперимент был распределён по большому времени урока, а обсуждение его результатов продолжится учащимися дома, к нему вернутся в дальнейшем - исследование резонанса и добротность колебательного контура.

3. В процессе обсуждения эксперимента учащимися применялось предшествующее физическое содержание - собственная частота колебаний, связь высоты и частоты звука, амплитуды и громкости.

4. Результаты познавательной деятельности учащихся были применены ими в ходе этого же эксперимента при предсказании поведения системы. Этим доказывается результативность выбора эксперимента как ведущего метода обучения для усвоения и применения понятия резонанса.

II. Рассмотрим применение предложенных рекомендаций к другому уроку, на котором эксперимент выступает ведущим методом обучения, - электрический ток в вакууме. Все характерные особенности электрического тока в вакууме можно показать на установке с демонстрационным диодом (У-Л характеристика, зависимость тока насыщения от температуры, односторонняя проводимость). Однако из эксперимента можно «выжать» ещё немного физики, заставить учащихся подумать и проверить, насколько они усвоили физическую основу данной темы. В качестве последнего этапа демонстрационного эксперимента обсуждаем вопрос: а зачем вообще необходимо проводить ток через вакуум, если достаточно замкнуть этот отрезок толстым медным проводом? Ответ мы должны получить такой: в вакууме

электроны не взаимодействуют с веществом, поэтому их движением легко управлять. Следующий вопрос: «Каким образом можно

управлять электронами?» Должны получить ответ: «Магнитным или электрическим полем». Демонстрируем управление значением тока через диод поднесением магнита, наэлектризованной палочки.

В процессе обсуждения эксперимента учащимися применялось предшествующее физическое содержание - понимание механизма тока в вакууме, устройства диода и его возможных применений: строение металла, связь скорости движения частиц с температурой, действие электрического и магнитного поля на заряженные частицы. Учащиеся не только наблюдали за ходом эксперимента, но обсуждали его, предсказывали результаты, предлагали развитие демонстрации. Результаты познавательной деятельности учащихся будут применены ими при самостоятельном изучения дома устройства и принципа действия электроннолучевой трубки телевизора, осциллографа, которые будут рассмотрены на семинаре по итогам самостоятельной работы учащихся.

Мы можем отметить, что деятельность учащихся в наших примерах в течение всего урока основывалась на одной единственной экспериментальной установке, из которой извлечена максимально возможная физика. Результаты познавательной деятельности учащихся проверены, доказаны в ходе этого же эксперимента в деятельности учащихся по предсказанию явлений, анализу результатов опытов, они будут применяться ими в процессе дальнейшего изучения.

Список литературы

1. Бугаев А.И. Методика преподавания физики

в средней школе: Теоретические основы. М.:

Просвещение, 1981. 285 с.

2. Марголис А.А. и др. Практикум по школьному физическому эксперименту. М.: Просвещение, 1991. 390 с.

3. Лабораторный практикум по теории и методике обучения физике в школе: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / Под ред. С.Е. Каменецкого и С.В.Степанова. М.: Издательский центр «Академия», 2002. 304 с.

4. Гребенев И.В., Лебедева О.В. Теоретические основания развития методической компетентности учителя // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия Инновации в образовании. Н. Новгород, 2007. № 4. С. 21-25.

EDUCATIONAL PHYSICAL EXPERIMENT IN THE ORGANIZATION OF PUPILS’ COGNITIVE ACTIVITY

S. V. Polushkina

A new system of normative principles for the organization of school physics experiment is presented. It describes the role of the experiment in revealing the scientific basis of the educational material content and in the organization of the pupils’ cognitive activity.

Keywords: school physics experiment, cognitive activity, principles of education.