Министерство образования Сахалинской области
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
«Сахалинский индустриальный техникум»
Методическая разработка
Тема: «Методика лабораторных экспериментов по физике»
Преподаватель: Лысова Татьяна Николаевна
2018 г
Оглавление
Введение ………………………………………………………………………..3
Глава 1 Демонстрационный эксперимент …………………………………5
1.1 Общая характеристика демонстрационного и лабораторного экспериментов.…………………………………………………………….5
1.2 Требования к демонстрационным опытам.……………………….6
1.3 Методика демонстрационных опытов.…………………………….7
ГЛАВА 2 ФРОНТАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ.………..8
2.1 Типы фронтальных лабораторных работ…………………………. ..8
2.2.Методы и приемы проведения лабораторных работ……………....8
2.3. Обсуждение результатов эксперимента, оформление отчетов…10
2.4. Контроль и оценка знаний студентов…………………………….12
Список использованных источников ………………………………………..13
Введение.
Актуальность исследования обусловлена важностью проблемы повышения эффективности учебной деятельности студентов. Современному обществу необходим человек новой формации, способный к активному творческому овладению знаниями, умеющий быстро и адекватно реагировать на изменяющуюся ситуацию и прогнозировать развитие событий.
Эффективность обучения зависит от органического сочетания двух сторон - высокого качества обучающей работы преподавателя и активной учебно-познавательной деятельности обучающегося. Поэтому совершенствование учебного процесса осуществляется путем повышения качества работы преподавателей: читаемых ими лекций, проводимых практических и лабораторных занятий, стимулирования активной учебно-познавательной деятельности студентов, рациональной организации процесса учения.
Для естественнонаучных дисциплин особенно важны практические формы организации обучения, поскольку фундаментальные понятия нельзя усвоить без прямых наблюдений и экспериментального изучения явлений и процессов.
Важнейшим компонентом профессионально-методической работы преподавателя физики выступает практическая и экспериментальная подготовка студента, которая осуществляется на лабораторных занятиях.
Лабораторные занятия в наибольшей степени требуют активной деятельности будущего студента по сравнению с другими формами организации обучения. Они предусматривают обязательное общение преподавателя с каждым студентом и позволяют эффективно управлять его самостоятельной работой.
Лабораторные занятия можно рассматривать как форму организации учебного процесса, на которой формируются умения применять полученные теоретические знания при постановке и проведении экспериментальных исследований, практические навыки обращения с оборудованием, что способствует развитию творческих способностей.
Лабораторные работы наиболее благоприятны для выяснения непонятного, для осознания изучаемых физических явлений, показа значимости приобретенных теоретических знаний. На них приходится примерно 25-30 % учебного времени, отведенного на изучение курса физики.
В настоящее время теория и методика обучения физике опирается, в основном на разработанную по всем разделам курса систему лабораторных работ, авторами которой являются А.В. Беклемешев, Ю.А. Кравцов, А.Н. Мансуров, Н.Г. Птицина, Н.Н. Майсова, А.Г. Белянкин, Г.П. Мотулевич и др
Соотнесение содержания и формы учебного эксперимента с современными научными представлениями постоянно обсуждается в научно-методической литературе, включая учебные пособия с разработкой тех или иных лабораторных занятий. Однако организационная сторона затрагивается редко, хотя играет отнюдь не второстепенную роль. Недостаточно исследованы возможности практических и лабораторных занятий по физике для осуществления профессионализации обучения студентов, улучшения их экспериментальной и общей подготовки.
Цель работы заключается в разработке теории и методики проведения лабораторных занятий по физике.
Объект исследования - организация и проведение лабораторных занятий в курсе физики.
Предмет исследования - использование задачного метода в организации и проведении лабораторных занятий по курсу физики.
Задачи определены согласно цели работы:
Выявить состояние проблемы организации лабораторных занятий в психолого-педагогической, методической литературе и практике.
Уточнить цели проведения лабораторных занятий по курсу физики.
Выявить возможности задачного метода при проведении лабораторных занятий по курсу физики.
Смоделировать содержание методических описаний к лабораторным занятиям с использованием задачного метода, алгоритм деятельности студентов на лабораторном занятии.
Разработать методические рекомендации по использованию задачного метода в процессе проведения лабораторных занятий и контрольные материалы по определению эффективности разработанной методики.
Проверить эффективность разработанной методики проведения лабораторных занятий по курсу физики.
ГЛАВА №1. Демонстрационный эксперимент.
Общая характеристика демонстрационного и лабораторного экспериментов.
Учебный физический эксперимент в виде демонстрационных опытов и лабораторных работ является неотъемлемой, органической частью курса физики. Удачное сочетание теоретического материала и эксперимента дает, как показывает практика, наилучший педагогический результат.
Какие же методические задачи решаются с помощью учебного физического эксперимента?
Демонстрационные опыты формируют накопленные ранее предварительные представления, которые к началу изучения физики далеко не у всех студентов бывают одинаковыми и безупречными. На протяжении всего курса физики эти опыты пополняют и расширяют кругозор студентов. Они зарождают правильные представления о физических процессах и явлениях, раскрывают закономерности, знакомят с методами исследования, показывают устройство и действие некоторых новых приборов и установок, иллюстрируют технические применения физических законов. Все это конкретизирует, делает более понятными и убедительными рассуждения преподавателя при изложении нового материала, возбуждает и поддерживает интерес к предмету.
Лабораторные работы – фронтальные и в виде практикумов - дают возможность усовершенствовать, развить и углубить полученные ранее первоначальные представления. Кроме того, лабораторные работы развивают умения и навыки в обращении с аппаратурой, вырабатывают элементы самостоятельности при решении вопросов, связанных с экспериментом.
Демонстрации подготавливает и проводит преподаватель перед студентами. Лабораторные работы подготавливает преподаватель, но выполняют студенты индивидуально или группами по 2-5 человек.
Поэтому, к демонстрационным опытам предъявляются иные требования, чем к лабораторным работам.
Различные цели, условия проведения и требования заставляют строго отличать демонстрационные опыты от лабораторных. Нельзя допускать, чтобы лабораторные работы подменялись показом опытов, а типичные демонстрационные опыты проводились бы как лабораторные работы.
Типичным примером того, как проводится демонстрация, когда надо познакомить студентов с работами практикума, служит опыт «Устройство и применение психрометра и гигрометра». Здесь преподаватель не повторяет перед аудиторией лабораторную работу «Определение абсолютной и относительной влажности воздуха», а лишь наглядно выявляет методы определения влажности. Выразительными средствами с применением проецирования он показывает особенности аппаратуры, предназначенной для лабораторной работы, и приемы обращения с ней.
При подготовке демонстрационных опытов полезно помнить, что за различными уравнениями и вычислениям студенты могут упустить из вида природу тех явлений, которые описываются этими уравнениями. Надо укреплять в сознании студентов, что
источником познания служит эксперимент, и помогает выработке материалистического
представления о физике, как науке о реальной природе.
Хорошо известно, что процессы в природе протекают весьма сложно: все явления связаны между собой в один общий, многообразный поток и нет отдельных явлений в «чистом» виде, как показывается на учебном занятии. Однако это не может служить отрицанием демонстрационных опытов – средства полезного и необходимого для обучения, а только заставляет предъявлять большие требования к учебному эксперименту. Чем тщательнее будет разработана методика и техника демонстраций, чем современнее будет оборудование, тем выразительнее, убедительнее и нужнее демонстрационные эксперименты, как средство обучения.
Требования к демонстрационным опытам.
Содержание опытов должно с полной ясностью доводиться до понимания каждого из присутствующих на учебном занятии. Это заставляет предъявлять к таким опытам своеобразные методические и технические требования, которые в основном сводятся к следующему.
Размеры приборов, их расположение и освещение должны всегда обеспечивать достаточную видимость основных частей и деталей установки.
Следует позаботиться о наглядности и выразительности опытов, чтобы каждый студент непременно заметил демонстрируемое явление.
Опыты должны быть всегда убедительными,не вызывать каких – либо сомнений в их справедливости и не давать повода к неправильному толкованию.
Каждый опыт должен быть надежным, т.е. тщательно подготовленным, неоднократно испытанным, обеспечивающим удачу.
Демонстрационные опыты должны отличаться кратковременностью, чтобы не затягивать учебное занятие и удержать внимание студентов.
Каждый из показанных опытов должен бытьсодержательным, хорошо и изящно оформленным.
При подготовке и проведении опыта обязательно соблюдать правила по технике безопасности.
Объяснение и эксперимент логически сливаются в общий неразрывный процесс в виде увлекательной и убедительной беседы преподавателя и студентов.
Методика демонстрационных опытов.
Методика применения эксперимента в процессе обучения выражена главным образом в подборе и последовательности расположения опытов в каждом разделе и теме курса физики. Обычно применяют два способа восприятия демонстрационных опытов . поэтому существует та или иная методика эксперимента.
Один из способов можно считать основным; он состоит в подготовке показе установок и опытов для непосредственного обозрения.
В этом случае используют специально сконструированные для этой цели демонстрационные приборы. Сюда относятся измерители, индикаторы, приборы по отдельным темам. В этих приборах заранее предусмотрено обеспечение основного требования – видимости. Для выразительности опытов имеет значение подбор индикаторов, по которым судят о протекаемых явлениях. Индикаторами могут служить: электронный осциллограф, стрелочные измерительные приборы, электрическая лампочка, звук и т.д. Предпочтительнее пользоваться индикаторами первичными. Например, всем известно, что нагревании зачастую приводит к воспламенению. Поэтому вспышка в воздушном огниве ни у кого не вызывает сомнения в нагревании воздуха при сжатии. Если же для эксперимента применить в качестве индикатора термопары с гальванометром, то студентам предварительно надо показать факт получения тока при нагревании термопары.
Ко второму способу показа опытов – проецированию – приходится прибегать главным образом потому, что некоторые необходимые для изучения явления протекают в очень малых масштабах (капиллярные явления, кристаллическая решетка, движение заряженных частиц и т.д.). Или эти опыты опасны для окружающих ( ядерные реакции, изопроцессы и т.д). В этом случае необходимо применение информационных технологий на занятиях по физике. Выполнение компьютерного физического лабораторного эксперимента вызывает дополнительный интерес у студентов. С помощью интерактивных лабораторных опытом можно наблюдать явления, недоступные в обычных условиях. Такие как давление света, распад атомного ядра, движение заряженных частиц по проводнику и т.д.
ГЛАВА №2. ФРОНТАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ.
2.1. Типы фронтальных лабораторных работ.
Классификация лабораторных работ может быть разнообразной в зависимости от того, какие признаки лежат в ее основе. Так, различают работы кратковременные и рассчитанные на целый урок; работы качественные, связанные с наблюдением физических явлений, и количественные, в которых выполняются не только наблюдения, но и измерения; работы, выполняемые по заранее предложенному плану, и работы, в которых студентам предоставляется большая самостоятельность.
Однако все эти признаки оказываются недостаточными, чтобы охватить разнообразие фронтальных лабораторных работ. Наибольший интерес с методической точки зрения представляет классификация работ по тем задачам и целям, которые преследует преподаватель, организуя лабораторные занятия.
Согласно этим признакам можно отметить следующие типы работ:
Наблюдение и изучение физических явлений (например, «Законы преломления света», «Наблюдение конвенции в воде и в воздухе»)
Знакомство с устройством и действием различных физических приборов, установок и приемами обращения с ними ( «Устройство и принцип работы спектроскопа», «Сборка и испытание электромагнита»).
Знакомство с измерительными приборами и измерение физических величин («Измерение силы тока и напряжения в цепи», «Регулирование силы тока в цепи реостатом»).
Выявление и проверка количественных закономерностей между физическими величинами («Проверка законов последовательного и параллельного соединения проводников», «Нагревание и кипение воды и построение графика температуры»).
Определение физических постоянных и знакомство с различными методами таких определений («Определение коэффициента поверхностного натяжения воды», «Определение удельной теплоты плавления льда»).
2.2. Методы и приемы проведения лабораторных работ.
Фронтальные лабораторные работы позволяют преподавателю включать в нужный момент решения той или иной задачи одновременно студентов целой группы. Создавать и решать проблемные ситуации. Такие работы обычно связываются с объяснением преподавателя, с решением задач по ходу урока, вопросами студентов, с подготовкой к следующему занятию. Таким образом, фронтальные занятия – это прежде всего обучение, а не самообучение.
Здесь основная роль принадлежит преподавателю. Он должен уметь организовать и направлять всю работу: намечать совместно с учащимися план занятия, проводить подготовку и быструю выдачу оборудования, давать четкие и ясные инструкции, своевременно оказывать помощь, особенно слабоуспевающим студентам, вести постоянное наблюдение за работой, контролировать и оценивать полученные ими результаты. И от того, насколько хорошо подготовлен к таким работам преподаватель, в значительной мере зависит успех всего дела.
Лабораторные работы могут быть поставлены по-разному:
- как введение к той или иной теме курса физики,
- как иллюстрация к объяснению нового материала,
- как повторение и обобщение пройденного или как контроль приобретенных знаний, умений и навыков.
Типичным примером лабораторной работы вводного характера является работа «Изучение свойств постоянных магнитов». Цель такой работы состоит в том, чтобы дать возможность учащимся, проявляющим обычно живой интерес к магнитным явлениям, ознакомиться практически, конкретно с основными свойствами постоянных магнитов. Выполняя работу, студенты собирают некоторый предварительный материал, который с одной стороны, избавит преподавателя от многих мелких отвлекающих внимание вопросов, а с другой – позволит на следующем занятии легко перейти к необходимой систематизации и обобщению, к основным выводам.
Чтобы придать лабораторным занятиям такого вида большую эффективность, надо наметить наиболее рациональный порядок выполнения эксперимента. С этой целью в описании работы обычно приводится примерный перечень вопросов, на которые последовательно должны ответить студенты.
Примером фронтальной лабораторной работы, органически сливающейся с объяснением преподавателя и являющейся некоторым звеном учебного занятия, служит работа «Получение действительных изображений при помощи линзы».
Учебное занятие начинается с демонстрации преподавателя, выявляющей основное понятие – главный фокус линзы. С этой целью при помощи оптического диска на линзу направляются немного расходящиеся или сходящиеся пучки света и устанавливается понятие фокуса как точки, в которой собираются эти пучки, пройдя линзу. Затем опыт повторяется, но с пучками параллельными, которые собираются за линзой в главном фокусе, на определенном расстоянии, называемом главным фокусным расстояние.
Затем учащимся выдается необходимое оборудование (линза двояковыпуклая, зеркало вогнутое, миллиметровая сетка на стекле).
Перед выполнением лабораторной работы перед студентами ставятся вопросы:
Как определить главное фокусное расстояние линзы, которая им выдана?
Путем наводящих вопросов выясняется, что для этого нужно воспользоваться каким – либо достаточно удаленным источником света (общая для всей группы электрическая лампочка), лучи от которого можно считать почти параллельными.
Что получится на экране, если источник света или другой освещенный предмет поместить не где-либо вдали, а на двойном фокусном расстоянии от линзы?
После выполнения опыта результаты обсуждаются и делается вывод: изображение предмета, установленного на двойном фокусном расстоянии от собирающей линзы, оказывается обратным, а по величине равным предмету, и находится на двойном фокусном расстоянии по другую сторону от линзы.
Как при помощи линзы получить действительное изображение предмета, увеличенное или уменьшенное?
Из рассмотрения результатов опытов легко делается вывод: когда предмет приближается к главному фокусу линзы, то изображение предмета увеличивается и удаляется от линзы; если же предмет удаляется от линзы, то его изображение уменьшается и приближается к главному фокусу.
Таким образом, в ходе выполнения лабораторной работы, студенты самостоятельно добывают знания, рассуждают, делают выводы.
К такому же типу лабораторных работ можно отнести и учебные занятия, на которых отдельные элементы лабораторного оборудования служат раздаточным материалом. Например, если разбирается вопрос о различных сопротивлениях в электрической цепи. С этой целью на столы раздаются по два разных проволочных сопротивления и одному реостату. Вначале преподаватель знакомит студентов с устройством проволочных сопротивлений (спираль, клеммы, колодка) и на разное число витков проволоки в зависимости от величины сопротивления. Затем переходит к рассмотрению основных частей реостата: проволочного сопротивления, изолирующей трубки, металлического стержня со скользящим контактом и т.д. далее преподаватель предлагает включить реостат в цепи и измерить силу тока, в зависимости от положения скользящего контакта. Результаты работы обсуждаются и делается вывод.
В качестве примера третьего типа лабораторной работы, в которой повторяется и обобщается пройденное ранее, может служить работа «Определение сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра». Студентам ставится задача: на основе изученного ранее материала составить цепь, снять показания приборов, начертить схему электрической цепи, составить таблицу для записей результатов измерений, вычислить сопротивление проводника.
2.3. Обсуждение результатов эксперимента, оформление отчетов.
Выполнение лабораторных работ дает полную возможность проводить в конце учебного занятия коллективное обсуждение полученных результатов наблюдений и измерений. Это служит быстрым контролем правильности выполнения работы, постепенно приучает студентов к необходимости обработки и правильности оценки результатов.
Надо всегда помнить, что приемы и навыки вычисления погрешностей при выполнении лабораторных работ усваиваются с трудом, поэтому нельзя ограничиваться только некоторыми общими предварительными указаниями и разъяснениями. На коллективных обсуждениях результатов экспериментов следует постепенно и настойчиво прививать и упражнять эти навыки, пользуясь конкретными примерами после каждой лабораторной работы.
Для некоторых лабораторных работ обработка полученных результатов должна ярко показать ту или иную особенность изучаемого процесса, ту или иную зависимость между физическими величинами. В таком случае наилучшей формой обобщения результатов являются графики, которые также надо обсудить с учащимися. Конкретным примером применения графиков могут служить лабораторные работы «Наблюдение за нагреванием и плавлением нафталина и построение графика температуры» и «Нагревание и кипение воды и построение графика температуры».
Составление краткого письменного отчета в процессе выполнения лабораторной работы часто затрудняет студентов, и на записи затрачивается непроизводительно много времени. В ряде случаев учащиеся включают в содержание отчета такие мало нужные материалы, как перечень всего оборудования, подробное описание процесса составления цепей или установок. Поэтому преподаватель должен неоднократно показать на примерах, как составлять отчеты о различных типах лабораторных работ, чтобы рационализировать записи и оставить больше времени на выполнение эксперимента.
В отчетах можно оставить номер и название работы и не указывать цель работы, так как она в большинстве случаев совпадает с названием. Нет также необходимости в перечислении оборудования, так как это ничего не прибавляет к смыслу отчета.
Теоретическое обоснование к работе должно быть кратким и емким. Содержание описывать не надо. О том, понимает студент работу или нет, можно судить по приводимым схемам электрических цепей с пояснениями. Такие схемы вместе с формулами и таблицами для записи результатов измерений и вычислениями должны составлять основную часть отчета.
Таким образом, в письменном отчете для измерительной работы в большинстве случаев вполне достаточно:
Номер и название лабораторной работы;
Схематический рисунок или схема электрической цепи;
Таблица результатов измерений;
Ход работы;
Вычисления и выводы.
Для работ качественного характера отчет упрощается. В нем остаются пункты 1;2;5.
2.4. Контроль и оценка знаний студентов.
Тщательное наблюдение, которое должен вести учитель за студентами во время проведения лабораторных работ, преследуют две цели – обучение и контроль. С одной стороны, наблюдения необходимы для того, чтобы своевременно оказывать помощь отстающим учащимся, а с другой – проверить, как справляются с работой остальные студенты. Такие наблюдения служат основными критериями для оценки знаний, умений и навыков, приобретенных студентами при выполнении лабораторных работ.
Если по тем или иным причинам этих сведений недостаточно, то преподаватель может их восполнить, применяя при опросе следующий практический прием.
К доске приглашаются сразу два студента. Один из них дает устные ответы на вопросы преподавателя или решает задачу с данными, полученными в ходе выполнения лабораторной работы. Другой студент в это время, получив задание, выполняет на отдельном столе эксперимент.
Задания по эксперименту могут быть разнообразные, им можно придать форму экспериментальных задач. Например: Определить сопротивление лабораторного реостата с удельным сопротивлением 0,4 (Ом*мм2) / м.
Надо иметь ввиду, что при таком методе опроса – сразу двоих студентов – внимание преподавателя раздваивается и возникает опасность не получить должного эффекта. Однако всегда можно заметить, насколько правильно выполняется эксперимент, применяются измерительные приборы. Это позволит по достоинству оценить знания, умения и навыки опрашиваемого.
Также преподаватель может провести контрольную лабораторную работу. Его наблюдения во время выполнения работы, а также просмотр отчетов дадут дополнительные сведения для правильной оценки успеваемости каждого студента.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1.Анциферов, Л.И., Пищиков, И.М. Практикум по методике и технике школьного физического эксперимента. – М.: Просвещение, 1984.
2.Головин, П.П. Фронтальные лабораторные работы и практикум по электродинамике. – Ульяновск: «Корпорация технологий продвижения», 2005. 3.Буховцев, Н.Н. Сотский. – 12-е изд. – М.: Просвещение, 2011.
4.Физический практикум для классов с углубленным изучением физики. Дидактический материал / под ред. Ю.И. Дика, О.В. Кабардина. – М.: Просвещение, 1993.
5.Сокольская, О.Б. Компьютерные лабораторные работы по физике в пакете MathCad: Учебное пособие / О.Б. Сокольская. - СПб.: Лань, 2013.
6. Тарасов, О.М. Лабораторные работы по физике с вопросами и заданиями: Учебное пособие / О.М. Тарасов. - М.: Форум, НИЦ ИНФРА-М, 2013.
14
