Роль эксперимента в развитии познавательных интересов учащихся на уроках физики.

Муниципальное образовательное учреждение для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей «Школа-интернат для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей Семья»

Роль  эксперимента в развитии познавательных интересов учащихся на уроках физики.

Выполнила: Маркина Л.В.

учитель высшей  категории.

г.Магнитогорск,2013г.

«Физический эксперимент - необходимо в условие выдвижения учебной проблемы и развития познавательных  интересов учащихся».

Физика в средней школе должна преподаваться как естественно научная дисциплина. Это принцип имеет педагогическое значение. Он предполагает , что логически последовательный, научно- достоверный и посильный для усвоения курс  физики строится на экспериментальной основе. Экспериментальный характер этого курса находит свое  выражение  прежде в том, что каждое фундаментальное   научное понятие должно логически вытекать из поставленной задачи и экспериментально обосновываться . Соответствующие эксперименты являются исходными для всего дальнейшего изучения . Среди них, например, классические опыты по броуновскому движению, опыт Штерна по определению скоростей молекул газа, Эрстеда- по обнаружению магнитного действия тока.

Школьный физический эксперимент даёт возможность  опытно обосновывать введение многих физических понятий, таких, как масса, энергия, сила, прочности, температура, электрическое сопротивление постоянному и переменному току.

Изучение физических законов в одних случаях начинается с эксперимента, а в других (когда применяется дедуктивный метод) изложение того или иного вопроса завершается экспериментом.

Раскрытие экспериментального характера физики предполагает также рассмотрение конкретных  экспериментальных методов, применяемых при изучении физических явлений. Производятся измерения   методом непосредственной оценки( измерении, например, температуры термометром), компенсационным методом(мостовые схемы), методом замещения(измерение сопротивления проводника с использованием магазинов сопротивления ), методом совпадений(например, запись движений с помощью хронометра). Вся система учебного эксперимента должна обеспечить усвоение школьниками сущность этих методов измерения.

Стремительное развитие научных знаний, бурный рост современной техники с неизбежностью приводят к поискам новых средств, форм и методов обучения подрастающего поколения. И прежде всего таких , которые обеспечили бы нашу страну кадрами, способными работать творчески. Решить эту важную задачу можно, только опираясь на развитие познавательной активности учащихся, на формирование познавательной активности  учащихся , на формирование  у них приёмов умственной деятельности.

Ценным методическим средством, помогающим развитию творческих способностей учащихся и вызывающим развитие их познавательных интересов, является выдвижение учебной проблемы. Используя его, учитель делает своих учеников соучастниками «научного поиска», помогает им «прикоснуться » к методам науки, «почувствовать » её эвристическую силу. При этом у школьников развивается чувство научной интуиции, знания  учащихся превращаются в убеждения. Однако, роль учебной проблемы этим не ограничивается. Она позволяет учителю выявить уровень развития приёмов умственной деятельности учеников( что представляет для учителя наибольшие трудности), ибо судить об умственном развитии учащихся можно не  только по тем ответам, которые они дают, но и по тем гипотезам, которые они выдвигают.

На многих уроках физики  7-9 классах учебная проблема в наиболее эффективной и интересной форме обычно выдвигается  при постановке экспериментальных задач и демонстрационных опытов.

Приведу  примеры при создании проблемных ситуаций в связи с проведением эксперимента в самых различных  ситуациях.

1.Большой интерес к неожиданному экспериментальному факту проявляют учащиеся 7 классов при  демонстрации следующего опыта по статике.

Через два неподвижных блока перекидывается нити, если на горизонтальную, один конец которой соединен с демонстрационным динамометром, а другой - прикреплен к телу массой m1. Ученикам задаётся вопрос: «Изменится ли показание динамометра, если  на горизонтальную часть нити поставить подвижный блок с телом массой m2 ».

Выслушав ответы детей, и обсудив возможный результат, экспериментально проверяются гипотезы учащихся.

2.Не меньший интерес у ребят вызывает и обратная последовательность: сначала им демонстрируется парадоксальность эксперимента, а затем они делают попытку его объяснения.

Так, поставленная в проблемном плане широко известная задача о катушке, находящейся на наклонной плоскости, неизменно производит сильное впечатление на учащихся и вызывает оживлённый обмен мнениями среди них. Опыт заключается в следующем:

 На наклонную плоскость ставим катушку большого размера ( например, из- под обмоточного провода ), так чтобы сначала нить была сверху и шла параллельно наклонной плоскости. Угол наклона плоскости выбираем таким, чтобы катушка оставалась неподвижной. Обсуждаем явление. Затем формируем проблему:  выяснить на опыте, изменится ли положение катушки, если её поставить на ту же наклонную плоскость, так, чтобы нить, оставаясь параллельной плоскости, шла снизу.

Результат эксперимента является для большинства учащихся неожиданным, он кажется им парадоксальны: катушка остаётся на месте. И учащиеся с неослабленным вниманием ищут  правильное объяснение этому явлению.

3.Большой эффект даёт возможность выбора учениками правильного, по их мнению, решения из числа предложенных решений и экспериментальной его проверки.

Так, при изучении основ гидростатики можно провести экспериментальную проверку решений, выбранных учащимися для такой задачи. Какова должна быть высота столба жидкости в трубке, чтобы её приставное дно

падало? (такое дно удобно изготовить  из толстой пластинки цветного оргстекла). Интересно, что эту установку можно использовать  и для организации обсуждения результатов следующего опыта. Изготавливается  ещё одно откидное донышко, но из пробки, окрашенной в цвет оргстекла. Затем проводится опыт с одновременно с двумя трубками, имеющими разные ( но пока ещё  внешне одинаковые для учащихся) донышки. Разница в результатах   экспериментов порождает целую серию вопросов учащихся: «Из чего сделано донышко?», «Может быть, оно пустое внутри?»,  «А не намазано ли оно клеем?». В ходе беседы даётся правильное объяснение опытов.

4.Эксперимент бывает незаменим и в тех случаях , когда появляется некоторое несоответствие между знаниями учащихся и их жизненным опытом. Так, например, при рассмотрении движении тела, брошенного горизонтально, можно поставить перед восьмиклассниками вопрос о связи дальности полёта тела и величины его начальной скорости. После его обсуждения , опытного обоснования и вывода соответствующей формулы ставится другой вопрос: «А не может ли уменьшаться дальность полёта(перемещение) брошенного горизонтально тела при возрастании его начальной скорости?». Этот вопрос удивляет ребят; их жизненный опыт говорит им о невозможности такого явления. Они всесторонне обдумывают вопрос. Если дать правильный ответ им не удаётся, учитель просто демонстрирует опыт  с баллистическим пистолетом. Ученики огорчены, они забыли, что  живут на земном шаре. Теперь они понимают, что с жизненным опытом надо «обращаться» осторожно.

5. Демонстрация  опыта может быть также прервана на такой стадии, когда её промежуточный результат противоречит ожидаемому, и эксперимент, таким образом, требует продолжения. Например, при изучении теплового расширения тел можно поставить перед учащимися проблему, демонстрируя следующие опыты:

Сначала показываем тепловое расширении твёрдого тела, затем расширение жидкости в колбе с тонкой трубкой, продетой через пробку в горлышке.

На вторую демонстрацию проводим не до конца; её прерываем в момент понижения уровня жидкости в трубке. Выслушиваем выдвигаемые учениками предположения о причинах наблюдаемого явления и обсуждаются. В ходе  рассмотрения  «гипотез» появляется необходимость для дальнейшего  нагревании даёт новую «пищу» для рассуждений и выяснений причин полученных результатов эксперимента.

Опыт проведения демонстрации в подобном плане показывает, что в этом случае создаётся не только проблемная ситуация, но и ещё значительнее поднимается роль физического эксперимента в глазах учащихся.

6.Не меньшее значение для развития интереса и творческого мышления школьников имеет и постановка в проблемном плане лабораторных работ . Примером может  служить работа по электромагнетизму в 7 классе, которую можно провести так, чтобы ребята выполняли её с целью нахождения ответа на вопрос: «От чего зависит сила притяжения электромагнита, действующая на стальной шарик?».

Учащимся выдаётся следующее оборудование: две катушки от набора по электромагнетизму; стальной стержень (болт), длина которого в два раза больше, чем длина катушек, а   диаметр несколько меньше, чем диаметр отверстий в них;  источник  тока; стальной шарик на нити; амперметр, реостат, ключ соединительные провода.

В ходе поиска ответа на вопрос лабораторной работы у  учеников возникает ряд проблем экспериментального характера. Например, при выяснении связи между током в обмотке электромагнита и силой притяжения может оказаться, что с помощью имеющихся в их распоряжении динамометра не удаётся (чтобы его указатель не выходил за пределы шкалы) оторвать шарик от сердечника электромагнита.

Возможна и другая экспериментальная проблемная ситуация, когда соединение двух катушек приводит к усилению, а к ослаблению силы притяжения шарика.

Всё это требует от учащихся активной творческой  деятельности, развивающей у них умение экспериментально проверять теоретические т, положения и , наоборот давать объяснения экспериментальным фактам.

При изучении темы: «Трение. Сила трения» в 7 классе мною была поставлена также с целью экспериментальной проверки теории лабораторная работа «Измерение силы трения скольжения и сравнения её с весом тела». В данном случае урок завершается экспериментом, результаты которого окончательно раскрывают поставленную  перед учениками задачу.

А вот в ходе выполнения лабораторной работы по статике в 8 классе. « Выяснение условия равновесия рычага» экспериментальной проверке подлежит расчёт, выполненный учащимися по данным им рисункам- схемам. Определив плечо силы, или момент силы по данным в условии задачи значениям других величин, ученик должен  на опыте проверить правильность полученного результата.

Опыт использования в процессе обучения физики экспериментальных задач, демонстрационных опытов и лабораторных  работ для постановки учебных проблем, активизирующих мыслительную деятельность школьников, показывает, что совершенствование подобных приёмов работы способствует развитию творчества учащихся, повышению качества их знаний и формированию умений применять полученные знания на практике.

Курс механики в 9  классе сравнительно с трудом усваивается учащимися. Эти трудности вызваны, во- первых, сложностью самого учебного  материала, его тесной связью с математикой для выполнения расчётом  , множеством формул; во- вторых , не все учащиеся одинаково интересуются изучением механических закономерностей- одинаково активно включаются в работу по изучению, другие проявляют пассивность , а некоторые – безразличие . И вот здесь уместны и крайне необходимые приёмы работы, о которых говорится выше.

От многих учащихся теперь можно слышать не только умные и обоснованные ответы, но и вопросы, которые расширяют их политехнический  кругозор и углубляют знания по физике.

Они наиболее глубоко стараются изучать явления связанные с  жизнью, с практикой, техникой. Некоторые из них , такие , как Синица, Сулейманов, Кителадзе, занимаются на «4», хотя раньше они слабо успевали по физике, другие учащиеся стремятся улучшить и углубить свои знания.

Результаты применения данной педагогической технологии

Для оценивания результатов применения данной педагогической технологии  необходимо выделить две взаимосвязанные группы характеристик:

1.группа- характеристики умений (учебно - познавательных);

2.группа- характеристики усвоенного материала (знаний).

Выделяются следующие характеристики учебно-познавательных умений:

1.Полнота-  характеристика, определяющая овладение учащимися действиями, входящими в состав данного вида учебно-познавательной деятельности; полнота  учебно-познавательного умения тем выше, чем большее число действий ученик умеет выполнять.

2.Осознанность, т.е. насколько ученик сознательно выполняет деятельность.

3.Свёрнутость и автоматизм  выполнения деятельности. В процессе всё более  полного овладения деятельностью  отпадает необходимость выполнения отдельных предметных действий. Они выполняются во внутреннем плане автоматически.

4. Быстрота характеризует скорость выполнения учеником всего задания.

5. Обобщенность- способность учеников переносить данное умение на другие виды деятельности, на другие предметы, задания.

6. Прочность, т.е. как долго это умение сохраняется у ученика.

О второй группе характеристик – характеристики усвоения материала, можно сказать то же  самое.

В качестве основной меры качества овладения деятельностью (меры характеристик) необходимо ввести:

- действие (операция), входящая в состав деятельности;

- операция теста (вопрос, задание теста);

- ведущие признаки понятия ( а также признаки, черты других структурных элементов  системы знаний), подлежащие  усвоению. Например, о качестве овладения деятельностью можно судить по числу успешно выполняемых действий; о качестве усвоения понятия по количеству правильно усвоенных признаков. Это абсолютные оценки, показывающие овладение деятельностью данным учеником относительно других учеников класса, относительно самого себя в процессе развития.

Эти меры называются параметрами. Каждый параметр имеет определённые коэффициенты.

1)    Параметры качества овладения учебно-познавательной деятельностью.

  А) Параметр, мерой которого является операция теста имеет коэффициент овладения деятельностью (Ка), рассчитываемый по формуле: Ка =а/б, где а – количество верно выполненных заданий теста. Этот коэффициент изменяется от «0» о «1».

 Б) Параметры, мерой которых служит действие, входящее в состав того или иного вида учебно-познавательной деятельностью.

1.Коэффициент сформированности умения ученика выполнять тот или иной вид учебно-познавательной деятельностью(К2).К2=n/N, где n- количество верных выполненных заданий; N- количество действий в структуре данного вида УПД.

2.     Коэффициент успешности развития умения ученика, выполнять какой – либо вид познавательной деятельности:R=К1/К2, где К1-коэффициент сформированности в момент первой проверки; К2- коэффициент сформированности , умения через какое- то время.

3.     Средний коэффициент сформированности умений выполнять тот или иной вид УПД.Кср.=сумма n1/(n*N), где n1- количество верно выполненных действий i-м учеником; n- количество всей действий деятельности;N- количество учащихся в группе, выполнявших деятельность.

2)Параметр качества овладения структурными элементами системы научных знаний.

        1.Коэффициент полноты усвоения содержания структурного элемента(Кs) Ks=ns/Ns, где n- количество верно названных признаков структурного  элемента;N- количество признаков, подлежащих усвоению на данном этапе.

       2.Коэффициент прочности усвоения содержания структурного элемента E=Ks2/Ks1- где Ks1-коэффициент полноты при первой проверке;

Ks2- коэффициент полноты при последующей проверке.

3.Средний коэффициент полноты усвоения содержания структурного элемента Кʹ = сумма nsi/(ns*Nʹ), где nsi- количество верно названных признаков i-м учеником, ns- общее количество признаков, N – количество учеников, принимающих участие в выполнении работы.

Для соотнесения значений коэффициентов с действующей пятибалльной системой необходимо использовать таблицу:

С помощью этой системы коэффициенов я определяла качество овладения учениками основными видами учебно-познавательной деятельности и элементами системы научных знаний. Что дало возможность судить об успешном  выполнении функций обучения.

Для оценки результатов применения описанной педагогической технологии, ученика 9 класса (10) человек был предложен тест, предназначенной для итогового контроля знаний. Тест  состоял  из 15 вопросов и позволяющий судить о сформированности у учеников основных знаний по физике для  9 класса. И так же были предложены задания, позволяющие судить об уровне сформированности у учащихся основных видов учебно-познавательной деятельности  (УПД), которые проводились в течении года.

1.     Чтобы оценить уровень сформированности у учащихся умения слушать им был предложен материал по теме: «Закон всемирного тяготения»,- объясняемый учителем. При этом проверялось выполнение следующих действий (алгоритмов):

1)Формулировка цели слушания.

2)Формулировка темы (заглавия) слушаемого материала.

3) Выделение главных положений, подлежащих запоминанию.

4) Объяснение своими словами (или словами учителя) выделенных положений.

5)Постановка вопросов учителю и формулировка ответов на них. Получены следующие результаты :

Таблица№1

2.     Для оценки уровня сформированности умения наблюдать данным ученикам на примере наблюдения за деформацией пружины было предложено  выполнять действия, входящие в состав наюлюдения (алгоритм), а нменно:

1)Формулировка цели наблюдения.

2) Выбор объекта наблюдения.

3)Определение условий наблюдения.

4)Составление плана наблюдения.

5)Выбор способа кодирования информации.

6)собственное наблюдение:

А) практическое действие;

Б) восприятие;

В) осмысление.

7) Оформление результатов наблюдения.

8) Анализ результатов.

9) Формулировка выводов.

Получены следующие результаты:

Таблица№2

Для оценки уровня сформированности умения экспериментировать, ученикам был предложено выполнить фронтальный эксперимент по обнаружению силы трения и выяснению того, от каких величин он зависит. Учащиеся должны были выполнить эксперимент, используя алгоритм:

1)    Формулировка цели эксперимента.

2)    Формулировка гипотезы эксперимента.

3)    Определение условий проведения эксперимента.

4)    Составление  плана эксперимента.

5)    Выбор способа кодирования информации.

6)    Определение возможных  прибор, материалов, инструментов.

7)    Сборка установки (её описание, схема).

8)    Реализация плана эксперимента.

А) практические  действия;

Б) наблюдение;

В) измерения.

     9) Выполнение необходимых вычислений.

   10) Анализ полученных результатов.

   11) Формулировка выводов.

Получены следующие результаты:

Таблица№3

Для оценки уровня сформированности умения решать хадачи ученика в конце года была предложена контрольная работа, которая содержала типовые задачи по всему курсу физики 9 класса. Учащимся необходимо было реализовать следующий алгоритм  при решении задач:

1)    Выделение данных и искомых величин;

2)    Выполнение краткой записи условия задачи.

3)    Анализ условия задачи:

А) выделение объекта;

Б) определение воздействия;

В) определение условий воздействия;

Г) определение результата воздействия.

      4) Описание сущности явления .

      5) Выполнение чертежа, рисунка или схемы.

      6) Запись необходимых формул, положений.   

      7) Вывод конечной формулы.

      8) Проверка правильности решения.

      9) Вычисление конечных результатов.

Получены следующие результаты:

Таблица№4

Для оценки уровня сформированности умения работать с учебным текстом, ученикам было предложено задание подготовить рассказ по теме: «Превращение энергии и использование машин»,

1)    Формулировка цели работы с текстом.

2)    Определение способов работы с текстом.

3)     Формулировка предполагаемого результата работы.

4)     Выделение  главных положений, идей, элементов текста.

5)    Раскрытие содержания положений, идей, элементом текста.

6)     Наглядное представление изученного материала.

Получены следующие результаты:

Таблица№5

Для оценки уровня сформированности умения систематизировать знания, ученикам было предложено задание: «Определить задачу механики», выполнения при этом следующий алгоритм:

1)    Формулировка цели систематизации.

2)    Отграничение материала, подлежащего систематизации.

3)    Выделение основных задач положений, структурных элементов материала.

4)    Раскрытие и рассмотрение связей и отношений между основными положениями, идеями и элементами учебного материала.

5)    Выделение и рассмотрение связей и отношений между основными положениями, идеями и элементами учебного материала.

6)    Наглядное представление систематизированного материала.

Получены следующие результаты:

Таблица№6

Для оценки уровня сформированности  у учеников основных базовых научных  знаний был проведён контролирующих тест, прежгахначенный для итогового контроля знаний, состоящий из 15 вопросов. Были выделены следующие элементы системы знаний по физике:

1)    Выделение существенных признаков понятия;

2)    Ограничение понятия;

3)    Определение понятия с указанием родо - видового признака  и опорных слов;

4)    Знание формул;

5)    Понимание смысла физических  величин;

6)    Умение решать ключевые задачи.

Получены следующие результаты:

Таблица№7

Выводы:1)У учеников  сформированы умения выполнять основные виды учебно- познавательной деятельности: наблюдение, эксперимент, работа с книгой, систематизация знаний.Об этом можно судить по полученным значениям коэффициенты сформированности умения выполнять тот или иной вид УПД, которые представлены  в таблицах 1-6.

2)    Если взять класс в целом, то общий уровень сформированности умений всего класса, описываемый средним коэффициентом сформированности умений выполнять тот или иной вид УПД, получается равным ( согласно данных таблиц 1-6):

А) для умения слушать:

Кср.1= сумма ni/n*N

Rch/1=44(5*10)=0.88

Б) для умения наблюдать:

Кср.2=94/(10*11)=0,86

В) для умения экспериментировать:

Кср.3=100/(11*10)=0,91

Г) для умения решать задачи:

Кср.4=80/(9*10)=0,89

Е) для умения систематизировать знания:

Кср6=52/60=0,87

3)    Ученики владеют основными базовыми знаниями курса физики 9класса. Об этом можно судить по значениям коэффициентов овладения деятельностью(Ка) (данные таблицы №7), которые лежат в пределах 0,8-1. Для о всего класса средний коэффициент полноты усвоения содержания структурного элемента знаний получается:

Кsср.=52/60=0,87.

Список литературы:

1.Агудов В.В. Восхождение от абстрактному к конкретному. Диалектика  научного познания. М.1978.

2.Богоявлинский Д.Н. Приёмы умственной деятельности и их формирование у школьников. «Вопросы психологии», 1996.

3.Браверман Э. Урок физики в современной школе.,М. «Просвещение»,1993.

4. Давыдов В.В. Концепция учебной деятельности школьников,1981.

5. Подольский А.И. Учебная деятельность на уроках физики. Сатка,1996.

6.Усова А.В. Методика преподавания физики.М,Просвещение.1990.