Примеры решения и оформления экспериментальных задач по физике. Экспериментальные задачи при обучении физике. Измерение веса тела при помощи рычага

В работе представлены рекомендации, в виде алгоритмов, по организации опытов, проводимых самими учащимися в классе при ответах, вне школы по домашним заданиям учителя; по организации кратковременных и длительных наблюдений за явлениями природы, заданий изобретательского характера по созданию оборудований для экспериментов, действующих моделей машин и механизмов, проводимых учащимися на дому по особым заданиям учителя, также в работе систематизированы виды физических экспериментов, приведены примеры экспериментальных заданий по разным темам и разделам физики 7- 9 классов.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Муниципальный конкурс

общественно значимых педагогических инноваций в сфере

общего, дошкольного и дополнительного образования

муниципального образования город-курорт Геленджик

по организации экспериментальной работы

на уроках физики и во внеурочное время.

учитель физики и математики

МАОУ СОШ №12

города-курорта Геленджик

Краснодарского края

Геленджик - 2015

Введение ……………………………………………………………………......3

1.1 Виды физических экспериментов.……….. …………………………..5

2.1 Алгоритм создания экспериментальных заданий…….……………..8

2.2 Результаты апробирования экспериментальных задач в 7-9-х классах...........................................................................................................10

Заключение …………………………………………………………………...12

Литература …………………………………………………………………....13

Приложение………………………………………………………………….14

4. Урок в 8-м классе в по теме «Последовательное и параллельное

Соединение проводников».

«Радость видеть и понимать есть самый прекрасный дар природы».

Альберт Эйнштейн

Введение

В соответствии с новыми требованиями государственного образовательного стандарта методологической основой образования является системно-деятельностный подход, позволяющий формировать у обучающихся универсальные учебные действия, среди которых важное место занимает приобретение опыта применения научных методов познания, формирование навыков экспериментальной работы.

Одним из путей осуществления связи теории с практикой является постановка экспериментальных задач, решение которых показывает учащимся законы в действии, выявляет объективность законов природы, их обязательное выполнение, показывает использование людьми знаний законов природы для предвидения явлений и управления ими, важность их изучения для достижения конкретных, практических целей. Особенно ценным надо признать такие экспериментальные задачи, данные для решения которых, берутся из опыта, протекающего на глазах учащихся, а правильность решения проверяется опытом или контрольным прибором. В этом случае теоретические положения, изучаемые в курсе физики, приобретают особую значимость в глазах учащихся. Одно дело - путем рассуждений и эксперимента прийти к некоторым выводам и их математическому оформлению, т.е. к формуле, которую надо будет заучивать и уметь выводить, и этим ограничиться, другое дело - на базе этих выводов и формул уметь ими управлять.

Актуальность инновации обусловлена тем, что организация учебной работы должна быть поставлена так, чтобы затрагивала личностную сферу детей, а учитель создавал бы новые формы работы. Творческое направление работы сближает учителя и ученика, активизирует познавательную деятельность участников образовательного процесса.

В работе представлены рекомендации в виде алгоритмов по организации опытов, проводимых самими учащимися в классе при ответах, вне школы по домашним заданиям учителя; по организации наблюдений кратковременных и длительных явлений природы, заданий изобретательского характера по созданию оборудований для экспериментов, действующих моделей машин и механизмов, проводимых учащимися на дому по особым заданиям учителя, также в работе систематизированы виды физических экспериментов, приведены примеры экспериментальных заданий по разным темам и разделам физики 7- 9 классов. В работе использованы следующие материалы, в которых представлены физические эксперименты, используемые в работе над проектами, во время учебной деятельности и внеурочное время:

Буров В.

Мансветова Г.П., Гудкова В.Ф.. Физический эксперимент в школе. Из опыта работы. Пособие для учителей. Вып.6/– М.: Просвещение, 1981. – 192с., ил., а также материалы сети Интернет http://kopilkaurokov.ru/ , http://www.metod-kopilka.ru/ ,

При анализе существующих в России аналогичных продуктов выявлено: в физике, и в системе образования в целом, произошли большие изменения. Появление нового продукта по данной тематике пополнит методическую копилку учителей физики и активизирует работу по реализации ФГОС в обучении физики.

Все эксперименты, представленные в работе, проводились на уроках физики в 7-9-х классах МАОУ СОШ №12, в процессе подготовки к ЕГЭ по физике в 11-х классах, во время проведения Недели физики, некоторые из них демонстрировались мной на заседании ГМО учителей физики, опубликованы на сайте социальной сети работников образования сайт.

Глава I. Место эксперимента в изучении физики

Виды физических экспериментов

В объяснительной записке к программам по физике говорится о необходимости ознакомления учащихся с методами науки.

Методы физической науки подразделяются на теоретические и экспериментальные. В данной работе рассмотрен «эксперимент» как один из основополагающих методов в изучении физики.

Слово "эксперимент" (от латинского experimentum) означает "проба", "опыт". Экспериментальный метод возник в естествознании нового времени (Г, Галилей, У. Гильберт). Его философское осмысление впервые дано в работах Ф. Бэкона. Учебный эксперимент - это средство обучения в виде специально организованных и проводимых учителем и учеником опытов.

Цели учебного эксперимента:

Решение основных учебно – воспитательных задач;
Формирование и развитие познавательной и мыслительной деятельности;
Политехническая подготовка;
Формирование научного мировоззрения учащихся.

Учебные физические эксперименты можно объединить в следующие группы:

Демонстрационный эксперимент , являясь средством наглядности, способствует организации восприятия учащимися учебного материала, его пониманию и запоминанию; позволяет осуществить политехническое обучение учащихся; способствует повышению интереса к изучению физике и созданию мотивации учения. При демонстрации эксперимента важно, чтобы обучающиеся сами могли объяснить увиденное явление и методом мозгового штурма пришли к общему выводу. Я часто применяю этот метод при объяснении нового материала. Использую также видеофрагменты с опытами без звукового сопровождения по изучаемой теме и прошу объяснить увиденное явление. Потом предлагаю послушать звуковое сопровождение и найти ошибку в своих рассуждениях.
При выполнении лабораторных работ учащиеся получают опыт самостоятельной экспериментальной деятельности, у них вырабатываются такие важные личностные качества, как аккуратность в работе приборами; соблюдение чистоты и порядка на рабочем месте, в записях, которые делаются во время эксперимента, организованность, настойчивость в получении результата. У них формируется определенная культура умственного и физического труда.

Домашние экспериментальные задания и лабораторные работы выполняются учащимися дома без непосредственного контроля со стороны учителя за ходом работы.
Экспериментальные работы этого вида формируют у учащихся:
- умения наблюдать физические явления в природе и в быту;
- умения выполнять измерения с помощью измерительных средств, использующихся в быту;
- интерес к эксперименту и к изучению физики;
- самостоятельность и активность.
Для того чтобы ученик мог провести дома лабораторную работу учитель должен провести подробный инструктаж и дать четкий алгоритм действий ученику.

Экспериментальные задачи представляют собой задания, данные в которых учащиеся получают из опытных условий. По специальному алгоритму учащиеся собирают опытную установку, выполняют измерения и результаты измерений используют в решении задачи.
Создание действующих моделей приборов, машин и механизмов . Ежегодно в школе в рамках недели физики я провожу конкурс изобретателей, на который учащиеся представляют все свои изобретательские идеи. Предварительно на уроке они демонстрируют свое изобретение и объясняют, какие физические явления и законы положены в основу этого изобретения. К работе над своими изобретениями учащиеся очень часто привлекают своих родителей, и это становится своего рода семейным проектом. Такой вид работы несет в себе большой воспитательный эффект.

2.1 Алгоритм создания экспериментальных заданий

Основное назначение экспериментальных заданий – способствовать формированию у учащихся основных понятий, законов, теорий, развитию мышления, самостоятельности, практических умений и навыков, в том числе умений наблюдать физические явления, выполнять простые опыты, измерения, обращаться с приборами и материалами, анализировать результаты эксперимента, делать обобщения и выводы.

Обучающимся предлагается следующий алгоритм проведения эксперимента:

Формулировка и обоснование гипотезы, которую можно положить в основу эксперимента.
Определение цели эксперимента.
Выяснение условий, необходимых для достижения поставленной цели эксперимента.
Планирование эксперимента.
Отбор необходимых приборов и материалов.
Сбор установки.
Проведение опыта, сопровождаемое наблюдениями, измерениями и записью их результатов.
Математическая обработка результатов измерений.
Анализ результатов эксперимента, формулировка выводов.

Общую структуру физического эксперимента можно представить в виде:

Проводя любой эксперимент, необходимо помнить о требованиях, предъявляемых к эксперименту.

Требования к эксперименту:

Наглядность;
Кратковременность;
Убедительность, доступность, достоверность;
Безопасность.

2.2 Результаты апробирования экспериментальных задач

в 7-9-х классах

Экспериментальные задачи - это небольшие по объему, связанные непосредственно с изучаемым материалом задания, направленные на усвоение практических навыков, которые включаются в разные этапы урока (проверка знаний, изучение нового учебного материала, закрепленных знаний, самостоятельная работа на учебном занятии). Очень важно после выполнения экспериментальной задачи проанализировать полученные результаты, сделать выводы.

Рассмотрим различные формы творческих заданий, какие я применяла в своей работе на каждом отдельном этапе обучения физике в средней школе:

В 7-х классах начинается знакомство с физическими терминами, с физическими величинами и методами изучения физических явлений. Один из наглядных методов изучения физики - опыты, которые можно поставить и в классе и дома. Здесь эффективными могут быть экспериментальные задачи и творческие задания, где надо придумать, как измерить физическую величину или как продемонстрировать физическое явление. Такую работу всегда оцениваю положительной оценкой.

В 8-х классах использую следующие формы экспериментальных заданий:

1) исследовательские задачи – как элементы урока;

2) экспериментальные домашние задания;

3) сделать небольшое сообщение - исследование по некоторым темам.

В 9-х классах уровень сложности экспериментальных заданий должен быть выше. Здесь я применяю:

1) творческие задания по постановке опыта в начале урока - как элемент проблемного задания; 2) экспериментальные задачи - как закрепление пройденного материала, или как элемент предвидения результата; 3) исследовательские задания - как кратковременная лабораторная работа(10-15 минут).

Я провела анкетирование в 8-х классах, в которых физику изучают второй год, и получила следующие результаты:

Вопросы	Варианты ответов	8А класс	8Б класс
Оцени твое отношение к предмету.	а) не люблю предмет,
	б) интересуюсь,
	в) люблю предмет, хочу узнать больше.
2. Как часто ты занимаешься предметом?	а) регулярно
	б) иногда
	в) очень редко
3. Читаешь ли ты дополнительную литературу по предмету?	а) постоянно
	б) иногда
	в) мало, совсем не читаю
4. Тебе хочется знать, понять, докопаться до сути?	а) почти всегда
	б) иногда
	в) очень редко
5. Хотел бы ты заниматься экспериментами во внеурочное время?	а) да, очень
	б) иногда
	в) достаточно урока

Из двух 8-х классов набралось 24 ученика, желающих более глубоко изучать физику и заниматься экспериментальной работой.

Мониторинг качества обученности учащихся

(учитель Петросян О.Р.)

Участие в олимпиадах по физике и конкурсах за 4 года

Заключение

Каждая современная школа Росссии обладает необходимым минимумом оборудования для проведения физических экспериментов, представленных в работе. Кроме того, домашние эксперименты проводятся исключительно из подручных средств. Создание простейших моделей и механизмов не требует больших затрат и обучающиеся с большим интересом берутся за работу, привлекая своих родителей. Данный продукт предназначен для использования учителями физики средней общеобразовательной школы.

Экспериментальные задания представляют учащимся возможность самостоятельно выявить первопричину физического явления на опыте в процессе его непосредственного рассмотрения. Применяя самое простейшее оборудование, даже предметы обихода, при проведении эксперимента, физика в представлениях учащихся из абстрактной системы знаний превращается в науку, изучающую «мир вокруг нас». Тем самым подчёркивается практическая значимость физических знаний в обычной жизни. На уроках с проведением эксперимента нет исходящего только от педагога потока информации, нет скучающих, безразличных взглядов обучающихся. Систематическая и целенаправленная работа по формированию умений и навыков экспериментальной работы дает возможность уже на начальном этапе изучения физики приобщить обучающихся к научному поиску, научить излагать свои мысли, вести публичную дискуссию, отстаивать собственные выводы. А значит сделать обучение более эффективным и отвечающим современным требованиям.

Литература

Биманова Г.М. "Использование инновационных технологий при преподавании физики в средней школе". Учитель СШ№173, г.Кызылорда-2013г. http://kopilkaurokov.ru/
Браверман Э.М. Самостоятельное проведение учениками экспериментов //Физика в школе, 2000, №3 – с 43 – 46.
Буров В. А. и др. Фронтальные экспериментальные задания по физике в 6-7 классах средней школы: Пособие для учителей/ В.А.Буров, С.Ф.Кабанов, В.И.Свиридов. – М.: Просвещение, 1981. – 112с., ил.
Горовая С.В. «Организация наблюдений и постановка эксперимента на уроке физики - один из способов формирования ключевых компетенций». Учитель физики МОУ СОШ №27 г.Комсомольск-на-Амуре-2015г.

Приложение

Методические разработки уроков физики в 7-9-х классах с экспериментальными заданиями.

1.Урок в 7-м классе по теме «Давление твердых тел, жидкостей и газов».

2. Урок в 7-м классе по теме « Решение задач на определение КПД механизма».

3. Урок в 8-м классе по теме «Тепловые явления. Плавление и отвердевание».

4. Урок в 8-м классе в по теме «Электрические явления».

5. Урок в 9-м классе по теме «Законы Ньютона».

Учебный эксперимент - это средство обучения в виде специально организованных и проводимых учителем и учеником опытов. Цели учебного эксперимента: Решение основных учебно – воспитательных задач; Формирование и развитие познавательной и мыслительной деятельности; Политехническая подготовка; Формирование научного мировоззрения обучающихся. «Радость видеть и понимать есть самый прекрасный дар природы». Альберт Эйнштейн

Экспериментальные задачи Создание действующих моделей, приборов, машин и механизмов Домашние экспериментальные задания Лабораторная работа Демонстрационный опыт Физический эксперимент Учебные физические эксперименты можно объединить в следующие группы:

При выполнении лабораторных работ учащиеся получают опыт самостоятельной экспериментальной деятельности, у них вырабатываются такие важные личностные качества, как аккуратность в работе с приборами; соблюдение чистоты и порядка на рабочем месте, в записях, которые делаются во время эксперимента, организованность, настойчивость в получении результата. У них формируется определенная культура умственного и физического труда.

Домашние экспериментальные задания и лабораторные работы выполняются учащимися дома без непосредственного контроля со стороны учителя за ходом работы. Экспериментальные работы этого вида формируют у учащихся: - умения наблюдать физические явления в природе и в быту; - умения выполнять измерения с помощью измерительных средств, использующихся в быту; - интерес к эксперименту и к изучению физики; - самостоятельность и активность. Для того чтобы ученик мог провести дома лабораторную работу учитель должен провести подробный инструктаж и дать четкий алгоритм действий ученику.

Создание действующих моделей приборов, машин и механизмов. Ежегодно в школе в рамках недели физики я провожу конкурс изобретателей, на который учащиеся представляют все свои изобретательские идеи. Предварительно на уроке они демонстрируют свою работу и объясняют, какие физические явления и законы положены в основу этого изобретения. К работе учащиеся очень часто привлекают своих родителей, и это становится своего рода семейным проектом. Такой вид работы несет в себе большой воспитательный эффект.

Наблюдение Измерение и запись результатов Теоретический анализ и математическая обработка результатов измерений Выводы Структура физического эксперимента

Проводя любой эксперимент, необходимо помнить о требованиях, предъявляемых к эксперименту. Требования к эксперименту: Наглядность; Кратковременность; Убедительность, доступность, достоверность; Безопасность.

Применение экспериментальных заданий на уроках и во внеурочное время в качестве домашних заданий привело к повышению познавательной активности учащихся, повысило интерес к изучению физики. Вопросы Варианты ответов 8А класс 8Б класс Оцени твое отношение к предмету. а) не люблю предмет, 5% 4% б) интересуюсь, 85% 68% в) люблю предмет, хочу узнать больше. 10% 28% 2. Как часто ты занимаешься предметом? а) регулярно 5% 24% б) иногда 90% 76% в) очень редко 5% 0% 3. Читаешь ли ты дополнительную литературу по предмету? а) постоянно 10% 8% б) иногда 60% 63% в) мало, совсем не читаю 30% 29% 4. Тебе хочется знать, понять, докопаться до сути? а) почти всегда 40% 48% б) иногда 55% 33% в) очень редко 5% 19% 5. Хотел бы ты заниматься экспериментами во внеурочное время? а) да, очень 60% 57% б) иногда 20% 29% в) достаточно урока 20% 14%

Мониторинг качества обученности учащихся (учитель Петросян О.Р.)

Участие в олимпиадах и конкурсах по физике за 4 года

«Детство ребенка - не период подготовки к будущей жизни, а полноценная жизнь. Следовательно, образование должно базироваться не на тех знаниях, которые когда-нибудь в будущем ему пригодятся, а на том, что остро необходимо ребенку сегодня, на проблемах его реальной жизни» (Джон Дьюи). Систематическая и целенаправленная работа по формированию умений и навыков экспериментальной работы дает возможность уже на начальном этапе изучения физики приобщить обучающихся к научному поиску, научить излагать свои мысли, вести публичную дискуссию, отстаивать собственные выводы. А значит сделать обучение более эффективным и отвечающим современным требованиям.

"Будьте сами первооткрывателями, исследователями! Если не будет огонька у вас, вам никогда не зажечь его в других!" Сухомлинский В.А. Спасибо за внимание!

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ

ЗАДАЧИ

ПРИ ОБУЧЕНИИ

ФИЗИКИ

Сосина Наталия Николаевна

учитель физики

МБОУ «ЦО №22 – Лицей искусств»

Экспериментальные задачи играют большую роль в обучении учащихся физики. Они развивают мышление и познавательную активность, способствуют более глубокому пониманию сущности явлений, выработке умения строить гипотезу и проверять ее на практике. Основное значение решения экспериментальных задач заключается в формировании и развитии с их помощью наблюдательности, измерительных умений, умений обращаться с приборами. Экспериментальные задачи способствуют повышению активности учащихся на уроках, развитию логического мышления, учат анализировать явления.

К экспериментальным задачам относятся те, которые не могут быть решены без постановки опытов или измерений. Эти задачи по роли эксперимента в решении можно разделить на несколько видов:

Задачи, в которых без эксперимента нельзя получить ответ на вопрос;

Эксперимент используется для создания проблемной ситуации;

Эксперимент используется для иллюстрации явления, о котором идет речь в задаче;

Эксперимент используется для проверки правильности решения.

Решать экспериментальные задачи можно и на уроке и дома.

Рассмотрим некоторые экспериментальные задачи, которые можно использовать на уроке.

НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

Объяснить наблюдаемое явление

- Если нагреть воздух в банке и сверху на горлышко банки положить слегка надутый воздушный шар с водой, то он засасывается в банку. Почему?

(Воздух в банке остывает, его плотность увеличивается, а объем

уменьшается – шарик втягивается в банку)

- Если слегка надутый воздушный шар полить горячей водой, то он увеличится в размере. Почему?

(Воздух нагревается, скорость молекул увеличивается и, они чаще ударяются о стенки шарика. Давление воздуха увеличивается. Оболочка эластичная, сила давления растягивает оболочку и шарик увеличивается в размере)

- Резиновый шарик, опущенный в пластиковую бутылку, невозможно надуть. Почему? Что надо сделать, чтобы можно было надуть шарик?

(Шарик изолирует атмосферу воздуха в бутылке. При увеличении объема шарика, воздух в бутылке сжимается, давление растет и препятствует надуванию шарика. Если в бутылке сделать отверстие, то давление воздуха в бутылке будет равно атмосферному и шарик можно надуть).

- Можно ли вскипятить воду в спичечном коробке?

Расчетные задачи

- Как определить потерю механической энергии за одно полное колебание груза?

(Потеря энергии равна разности значений потенциальной энергии груза в начальном и в конечном положении через один период).

(Для этого надо знать массу спички и время ее горения).

Экспериментальные задачи, побуждающие к поиску информации

для ответа на вопрос

- Поднесите к головке спички сильный магнит, она почти не притягивается. Сожгите серную головку спички и вновь поднесите к магниту. Почему теперь притягивается головка спички к магниту?

Найдите информацию о составе спичечной головки.

ДОМАШНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

Большой интерес у учащихся вызывают домашние экспериментальные задачи. Проводя наблюдения, за каким либо физическим явлением, ставя дома эксперимент, который нужно объяснить при выполнении этих заданий, ученики учатся самостоятельно мыслить, развивают свои практические навыки. Выполнение экспериментальных задач играет особенно важную роль в подростковом возрасте, так как в этот период перестраивается характер учебной деятельности школьника. Подростка уже не всегда удовлетворяет то, что ответ на его вопрос есть в учебнике. У него появляется потребность получить этот ответ из жизненного опыта, наблюдений за окружающей действительностью, из результата собственных экспериментов. Домашние опыты и наблюдения, лабораторные работы, экспериментальные задачи учащиеся выполняют охотнее и с большим интересом, чем другие виды домашних заданий. Задания становятся более осмысленными, глубокими, повышается интерес к физике и технике. Умение наблюдать, экспериментировать, исследовать и конструировать становятся составной частью в подготовке учащихся к дальнейшему творческому труду в различных областях производства.

Требования, предъявляемые к домашним экспериментам

Прежде всего, это, конечно, безопасность. Так как опыт проводится учеником дома самостоятельно без непосредственного контроля учителя, то в опыте не должно быть никаких химических веществ и предметов, имеющих угрозу для здоровья ребенка и его домашнего окружения. Опыт не должен требовать от ученика каких-либо существенных материальных затрат, при проведении опыта должны использоваться предметы и вещества, которые есть практически в каждом доме: посуда, банки, бутылки, вода, соль и так далее. Выполняемый дома школьниками эксперимент должен быть простым по выполнению и оборудованию, но, в то же время, являться ценным в деле изучения и понимания физики в детском возрасте, быть интересным по содержанию. Так как учитель не имеет возможности непосредственно контролировать выполняемый учащимися дома опыт, то результаты опыта должны быть соответствующим образом оформлены (примерно так, как это делается при выполнении фронтальных лабораторных работ). Результаты опыта, проведенного учениками дома, следует обязательно обсудить и проанализировать на уроке. Работы учащихся не должны быть слепым подражанием установившимся шаблонам, они должны заключать в себе широчайшее проявление собственной инициативы, творчества, исканий нового. На основе вышесказанного можно сформулировать предъявляемые к домашним экспериментальным заданиям требования:

– безопасность при проведении;
– минимальные материальные затраты;
– простота по выполнению;
– иметь ценность в изучении и понимании физики;
– легкость последующего контроля учителем;
– наличие творческой окраски.

НЕКОТОРЫЕ ДОМАШНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ

- Определить плотность плитки шоколада, куска мыла, пакетика сока;

- Возьмите блюдце и опустите его ребром в кастрюлю с водой. Блюдце тонет. Теперь опустите блюдце на воду дном, оно плавает. Почему? Определите выталкивающую силу, действующее на плавающее блюдце.

- Проделайте шилом в дне пластиковой бутылки отверстие, быстро заполните водой и плотно закройте крышкой. Почему вода перестала выливаться?

- Как определить начальную скорость пули игрушечного пистолета, располагая только рулеткой.

- На баллоне лампы написано 60 Вт, 220 В. Определите сопротивление спирали. Рассчитайте длину спирали лампы, если известно, что она изготовлена из вольфрамовой проволоки диаметром 0,08 мм.

- Запишите по паспорту мощность электрического чайника. Определите количество теплоты, выделяемое за 15 мин и стоимость потребляемой за это время энергии.

Для организации и проведения урока с проблемными экспериментальными задачами перед учителем открывается большая возможность проявить свои творческие способности, подобрать задачи по своему усмотрению, рассчитанные на тот или иной класс, в зависимости от степени подготовки учащихся. В настоящее время существует большое количество методической литературы, на которую может опереться учитель при подготовке к урокам.

Можно использовать такие книги как

Л. А. Горев. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах средней школы – М.: «Просвещение», 1985 г

В. Н. Ланге. Экспериментальные физические задачи на смекалку: Учебное руководство.- М. : Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985

Л. А. Горлова. Нетрадиционные уроки, внеурочные мероприятия – М.: «Вако», 2006

В. Ф. Шилов. Домашние экспериментальные задания по физике. 7 – 9 классы. – М.: «Школьная пресса», 2003

В приложениях даны некоторые экспериментальные задачи.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

(с сайта учителя физики В. И. Елькина)

Экспериментальные задачи

1 . Определите, сколько капель воды содержится в стакане, если у вас есть пипетка, весы, разновес, стакан с водой, сосуд.

Решение. Накапайте, скажем, 100 капель в пустой сосуд и определите их массу. Во сколько раз масса воды в стакане больше массы 100 капель, во столько раз больше число капель.

2 . Определите площадь однородной картонки неправильной формы, если у вас есть ножницы, линейка, весы, разновес.

Решение. Взвесьте пластинку. Вырежьте из неё фигуру правильной формы (например, квадрат), площадь которого легко измерить. Найдите отношение масс – оно равно отношению площадей.

3 . Определите массу однородной картонки правильной формы (например, большого плаката), если у вас есть ножницы, линейка, весы, разновес.

Решение. Весь плакат взвешивать не нужно. Определите его площадь, а затем вырежьте с краю фигуру правильной формы (например, прямоугольник) и измерьте его площадь. Найдите отношение площадей – оно равно отношению масс.

4 . Определите радиус металлического шарика, не пользуясь штангенциркулем.

Решение. Объём шарика определите с помощью мензурки, а из формулы V = (4/3) R 3 определите его радиус.

Решение. Намотайте плотно на карандаш, например, 10 витков нити и измерьте длину обмотки. Разделив на 10, узнайте диаметр нити. С помощью линейки определите длину катушки, разделите её на диаметр одной нити и получите число витков в одном слое. Измерив внешний и внутренний диаметры катушки, найдите их разность, поделите на диаметр нити – узнаете число слоёв. Рассчитайте длину одного витка в средней части катушки и подсчитайте длину нити.

Оборудование. Мензурка, пробирка, стакан с крупой, стакан с водой, линейка.

Решение. Считайте крупинки примерно равными и шарообразными. Используя метод рядов, вычислите диаметр крупинки, а затем её объём. В пробирку с крупой налейте воды так, чтобы вода заполнила промежутки между крупинками. Используя мензурку, вычислите общий объём крупы. Поделив общий объём крупы на объём одной крупинки, подсчитайте число крупинок.

7 . Перед вами кусок проволоки, измерительная линейка, кусачки и весы с разновесом. Как с одного раза отрезать два куска проволоки (с точностью до 1 мм), чтобы получить самодельные разновесы массой 2 и 5 г?

Решение. Измерьте длину и массу всей проволоки. Вычислите длину проволоки, приходящуюся на каждый грамм её массы.

8 . Определите толщину вашего волоса.

Решение. Намотайте виток к витку волос на иголку и измерьте длину ряда. Зная количество витков, вычислите диаметр волоса.

9 . Об основании города Карфагена сложено предание. Дидона, дочь тирского царя, потеряв мужа, убитого её братом, бежала в Африку. Там она купила у нумидийского царя столько земли, «сколько занимает воловья шкура». Когда сделка состоялась, Дидона разрезала воловью шкуру на тонкие ремешки и благодаря такой уловке охватила участок земли, достаточный для сооружения крепости. Так, будто бы, возникла крепость Карфаген, а впоследствии был построен и город. Попробуйте приблизительно определить, какую площадь могла занять крепость, если считать, что размер воловьей шкуры 4 м2, а ширина ремешков, на которые Дидона её разрезала, 1 мм.

Ответ. 1 км 2 .

10 . Выясните, имеет ли алюминиевый предмет (например, шарик) внутри полость.

Решение. С помощью динамометра определите вес тела в воздухе и воде. В воздухе P = mg, а в воде P = mg – F, где F = gV – сила Архимеда. По справочнику найдите и вычислите объём шарика V в воздухе и в воде.

11 . Вычислите внутренний радиус тонкой стеклянной трубочки, используя весы с разновесом, измерительную линейку, сосуд с водой.

Решение. В трубочку наберите воду. Измерьте высоту столба жидкости, затем вылейте воду из трубочки и определите её массу. Зная плотность воды, определите её объём. Из формулы V = SH = R 2 H вычислите радиус.

12 Определите толщину алюминиевой фольги, не пользуясь микрометром или штангенциркулем.

Решение. Массу алюминиевого листа определите взвешиванием, площадь – с помощью линейки. По справочнику найдите плотность алюминия. Затем вычислите объём и из формулы V = Sd – толщину фольги d.

13 . Вычислите массу кирпича в стене дома.

Решение. Так как кирпичи стандартные, то в стене отыщите кирпичи, у которых можно измерить длину, толщину или ширину. По справочнику найдите плотность кирпича, и вычислите массу.

14 . Изготовьте «карманные» весы для взвешивания жидкости.

Решение. Простейшие «весы» – мензурка.

15 . Два ученика сделали для определения направления ветра по флюгеру. Сверху они поместили красивые флажки, вырезанные из одного и того же куска жести – на одном флюгере прямоугольной формы, на другом – треугольной. Для какого флажка, треугольного или прямоугольного, требуется краски больше?

Решение. Так как флажки изготовлены из одного и того же куска жести, то их достаточно взвесить, больший по массе имеет большую площадь.

16 . Листок бумаги накройте книгой и рывком поднимите её. Почему за ней поднимается листок?

Ответ. Листок бумаги поднимает атмосферное давление, т.к. в момент отрыва книги между ней и листком образуется разрежение.

17 . Как вылить воду из банки, стоящей на столе, не прикасаясь к ней?

Оборудование. Трёхлитровая банка, на 2/3 заполненная водой, длинная резиновая трубочка.

Решение. В банку опустите один конец длинной резиновой трубочки, заполненной водой полностью. Второй конец трубки возьмите в рот и отсасывайте воздух до тех пор, пока уровень жидкости в трубке не окажется выше края банки, затем выньте её изо рта, а второй конец трубочки опустите ниже уровня воды в банке – вода потечёт сама. (Этот приём часто используют водители при переливании бензина из бака автомобиля в канистру).

18 . Определите, какое давление оказывает металлический брусок, плотно лежащий на дне сосуда с водой.

Решение. Давление на дно стакана складывается из давления столба жидкости над бруском и давления, оказываемое на дно непосредственно бруском. С помощью линейки определите высоту столба жидкости, а также площадь грани бруска, на которой он лежит.

19 . Два одинаковых по массе шарика погружены один – в чистую, другой – в сильно солёную воду. Рычаг, к которому они подвешены, находится в равновесии. Определите, в каком сосуде чистая вода. Пробовать воду на вкус нельзя.

Решение. Шарик, погружённый в солёную воду, теряет в весе меньше, чем шарик в чистой воде. Поэтому его вес будет больше, следовательно, это тот шарик, который висит на более коротком плече. Если убрать стаканы, то перетянет шарик, подвешенный к более длинному плечу.

20 . Что необходимо сделать, чтобы кусочек пластилина плавал в воде?

Решение. Из пластилина изготовить «лодочку».

21 . Пластмассовую бутылку из-под газированной воды заполнили на 3/4 водой. Что нужно сделать, чтобы брошенный в бутылку шарик из пластилина тонул, но всплывал бы, если пробку закрутить и сжать стенки бутылки?

Решение. Внутри шарика нужно сделать воздушную полость.

22 . Какое давление на пол оказывает кошка (собака)?

Оборудование. Листок бумаги в клетку (из ученической тетради), блюдечко с водой, бытовые весы.

Решение. Взвесьте животное на домашних весах. Смочите лапки и заставьте его пробежать по листку бумаги в клетку (из ученической тетради). Определите площадь лап и вычислите давление.

23 . Чтобы быстро вылить сок из банки, надо проделайте две дырки в крышке. Главное, чтобы, когда вы начинаете выливать сок из банки, они оказались одна вверху, другая диаметрально внизу. Почему нужны две дырки, а не одна? Объяснение. В верхнюю дырку поступает воздух. Под действием атмосферного давления сок вытекает из нижней. Если дырка одна, то давление в банке будет периодически меняться, и сок начнёт «булькать».

24 . По листу бумаги катится шестиугольный карандаш, ширина грани которого 5 мм. Какова траектория движения его центра? Начертите.

Решение. Траектория – синусоида.

25 . На поверхности круглого карандаша поставили точку. Карандаш установили на наклонную плоскость и дали возможность, вращаясь, скатиться. Нарисуйте траекторию движения точки относительно поверхности стола, увеличенную в 5 раз.

Решение. Траектория – циклоида.

26 . Подвесьте металлический стержень на двух штативах так, чтобы его движение могло быть поступательным; вращательным.

Решение. Стержень подвесьте на двух нитях так, чтобы он был горизонтальным. Если его толкнуть вдоль, то он будет перемещаться, оставаясь параллельным самому себе. Если его толкнуть поперёк, он начнёт колебаться, т.е. совершать вращательное движение.

27 . Определите скорость движения конца секундной стрелки ручных часов.

Решение. Измерьте длину секундной стрелки – это радиус окружности, по которой она движется. Затем рассчитайте длину окружности, и вычислите скорость

28 . Определите, какой шарик имеет большую массу. (Шарики в руки брать нельзя.)

Решение. Шарики установите в ряд и с помощью линейки одновременно всем сообщите одинаковую силу толчка. Тот, что отлетит на самое маленькое расстояние, и есть самый тяжёлый.

29 . Определите, какая пружинка из двух с виду одинаковых имеет больший коэффициент жёсткости.

Решение. Пружинки сцепите, и растягивайте в противоположные стороны. Пружинка с меньшим коэффициентом жёсткости растянется больше.

30 . Вам даны два одинаковых резиновых мячика. Как доказать, что один из мячиков подпрыгнет выше другого, если их уронить с одинаковой высоты? Бросать мячи, сталкивать между собой, поднимать со стола, катать по столу – нельзя.

Решение. На мячи нужно нажать рукой. Какой мяч более упругий, тот и отскакивать будет выше.

31 . Определите коэффициент трения скольжения стального шарика по дереву.

Решение. Возьмите два одинаковых шарика, соедините их между собой пластилином с тем, чтобы они при скатывании не вращались. Деревянную линейку установите в штативе под таким углом, чтобы скользящие по ней шарики двигались прямолинейно и равномерно. В этом случае = tg , где – угол наклона. Измерив высоту наклонной плоскости и длину её основания, найдите тангенс этого угла наклона (коэффициент трения скольжения).

32 . У вас игрушечный пистолет и линейка. Определите скорость вылета «пули» при выстреле.

Решение. Выстрел сделайте вертикально вверх, засеките высоту подъёма. В наивысшей точке кинетическая энергия равна потенциальной – из этого равенства найдите скорость.

33 . Горизонтально расположенный стержень массой 0,5 кг лежит одним концом на опоре, а другим – на съёмном столике демонстрационного динамометра. Каковы показания динамометра?

Решение. Общий вес стержня 5 Н. Так как стержень опирается на две точки, то вес тела распределяется на обе точки опоры поровну, следовательно, динамометр покажет 2,5 Н.

34 . На ученическом столе – тележка с грузом. Ученик слегка толкает её рукой, и тележка, пройдя некоторое расстояние, останавливается. Как найти начальную скорость тележки?

Решение. Кинетическая энергия тележки в начальный момент её движения равна работе силы трения на всём пути движения, следовательно, m 2 /2 = Fs. Чтобы найти скорость, надо знать массу тележки с грузом, силу трения и пройденный путь. Исходя из этого, необходимо иметь весы, динамометр, линейку.

35 . На столе лежат шар и куб, сделанные из стали. Массы их одинаковы. Вы подняли оба тела и прижали к потолку. Одинаковой ли потенциальной энергией они будут обладать?

Решение. Нет. Центр тяжести куба ниже центра тяжести шара, следовательно, потенциальная энергия шара меньше.

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

(из книги В. Н. Ланге «Экспериментальные физические задачи на смекалку» - экспериментальные задачи в домашней обстановке)

1. Вам предложили найти плотность сахара. Как это сделать, располагая только бытовой мензуркой, если опыт нужно провести с сахарным песком?

2. Как с помощью 100-граммовой гирьки, трехгранного напильника и линейки с делениями приближенно определить массу некоторого тела, если она не особенно отличается от массы гирьки? Как поступить, если вместо гирьки дан набор «медных» монет?

3. Как с помощью медных монет найти массу линейки?

4. Шкала весов, имеющихся в доме, проградуирована только до 500 г. Как с их помощью взвесить книгу, масса которой около 1 кг, располагая также катушкой с нитками?

5. В вашем распоряжении имеются наполненная водой ванна, маленькая банка с широким горлышком, несколько копеечных монет, пипетка, цветной мелок (или мягкий карандаш). Как с помощью этих - и только этих - предметов найти массу одной капли воды?

6. Как с помощью весов, набора гирь и сосуда с водой определить плотность камня, если его объем невозможно измерить непосредственно?

7. Как различить, имея в распоряжении пружину (или полоску резины), шпагат и кусок железа, в какой из двух непрозрачных сосудов налит керосин, а в каком - керосин с водой?

8. Как, пользуясь весами и набором гирь, можно найти вместимость (т. е. внутренний объем) кастрюли?

9. Как разделить содержимое цилиндрического стакана, до краев наполненного жидкостью, на две одинаковые части, располагая еще одним сосудом, но другой формы и несколько меньшего объема?

10. Два товарища отдыхали на балконе и размышляли над тем, как определить, не открывая спичечных коробков, в чьем коробке осталось меньше спичек. А какой способ можете предложить вы?

11. Как определить положение центра масс гладкой палки, не пользуясь никакими инструментами?

12. Как измерить диаметр футбольного мяча с помощью жесткой (например, обычной деревянной) линейки?

13. Как найти диаметр небольшого шарика с помощью мензурки?

14. Необходимо возможно точнее узнать диаметр сравнительно тонкой проволоки, располагая для этой цели только школьной тетрадью «в клетку» и карандашом. Как следует поступить?

15. Имеется частично заполненный водой сосуд прямоугольного сечения, в котором плавает погруженное в воду тело. Как с помощью одной линейки найти массу этого тела?

16. Как с помощью стальной спицы и мензурки с водой найти плотность пробки?

17. Как, имея только линейку, найти плотность дерева, из которого изготовлена палочка, плавающая в узком цилиндрическом сосуде?

18. Стеклянная пробка имеет внутри полость. Можно ли с помощью весов, набора гирь и сосуда с водой определить объем.полости, не разбивая пробки? А если можно, то как?

19. Имеются железный лист, прибитый к полу, легкая деревянная палка (стержень) и линейка. Разработайте способ определения коэффициента трения дерева о железо с применением только перечисленных предметов.

20. Находясь в комнате, освещенной электрической лампой, нужно узнать, какая из двух собирающих линз с одинаковыми диаметрами имеет большую оптическую силу. Никаких специальных приборов для этой цели не дано. Укажите способ решения задачи.

21. Имеются две линзы с одинаковыми диаметрами: одна собирающая, другая рассеивающая. Как определить, какая из них обладает большей оптической силой, не прибегая к помощи приборов?

22. В длинном коридоре, лишенном окон, висит электрическая лампа. Ее можно зажечь и погасить выключателем, установленным у входной двери в начале коридора. Это неудобно, выходящему на улицу, поскольку до выхода он вынужден пробираться в темноте. Впрочем, вошедший и включивший при входе лампу тоже недоволен: пройдя коридор, он оставляет горящую напрасно лампу. А нельзя ли придумать схему, позволяющую включать и выключать лампу из разных концов коридора?

23. Представьте себе, что для измерения высоты дома вам было предложено воспользоваться пустой консервной банкой и секундомером. Сумели бы вы справиться с заданием? Расскажите, как нужно действовать?

24. Как найти скорость истечения воды из водопроводного крана, имея цилиндрическую банку, секундомер и штангенциркуль?

25. Из неплотно прикрытого водопроводного крана тоненькой струйкой вытекает вода. Как с помощью только одной линейки можно определить скорость истечения воды, а также ее объемный расход (т. е. объем воды, вытекающий из крана в единицу времени)?

26. Предлагается определить ускорение свободного падения, наблюдая за струйкой воды, вытекающей из неплотно закрытого водопроводного крана. Как выполнить задание, располагая для этой цели линейкой, сосудом известного объема и часами?

27. Допустим, что вам нужно наполнить водой большой бак известного объема с помощью гибкого шланга, снабженного цилиндрической насадкой. Вы хотите знать, сколько времени продлится это скучное занятие. Нельзя ли его вычислить, располагая только линейкой?

28. Как с помощью гирьки известной массы, легкого шнура, двух гвоздей, молотка, кусочка пластилина, математических таблиц и транспортира определить массу некоторого предмета?

29. Как определить давление в футбольном мяче с помощью чувствительных весов и линейки?

30. Как с помощью цилиндрического сосуда с йодом и линейки определить давление внутри перегоревшей электрической лампочки?

31. Попробуйте решить предыдущую задачу, если нам разрешено использовать наполненную водой кастрюлю и весы с набором гирь.

32. Дана узкая стеклянная трубка, запаянная с одного конца. Трубка содержит воздух, отделенный от окружающей атмосферы столбиком ртути. Имеется также миллиметровая линейка. Определите с их помощью атмосферное давление.

33. Как определить удельную теплоту парообразования воды, располагая домашним холодильником, кастрюлей неизвестного объема, часами и равномерно горящей газовой горелкой? Удельную теплоемкость воды считать известной.

34. Нужно узнать мощность, потребляемую от городской сети телевизором (или другим электрическим прибором), с помощью настольной лампы, катушки с нитками, кусочка железа и электросчетчика. Как выполнить это задание?

35. Как найти сопротивление электрического утюга в рабочем режиме (сведения о его мощности отсутствуют) с помощью электросчетчика и радиоприемника? Рассмотреть отдельно случаи радиоприемников, питающихся от батарей и городской сети.

36. За окном снег, а в комнате тепло. К сожалению, измерить температуру нечем - нет термометра. Но зато есть батарея гальванических элементов, очень точные вольтметр и амперметр, сколько угодно медной проволоки и физический справочник. Нельзя ли с их помощью найти температуру воздуха в комнате?

37. Как решить предыдущую задачу, если физического справочника не оказалось, но дополнительно к перечисленным предметам разрешено пользоваться электрической плиткой и кастрюлей с водой?

38. У имеющегося в нашем распоряжении подковообразного магнита стерлись обозначения полюсов. Конечно, существует множество способов узнать, какой из них является южным, а какой - северным. Но вам предложено выполнить это задание с помощью телевизора! Как вы должны поступить?

39. Как определить знаки полюсов немаркированной батареи с помощью мотка изолированной проволоки, железного стержня и телевизора.

40. Как узнать, намагничен ли стальной стержень, имея в распоряжении кусок медной проволоки и катушку с нитками?

41. Дочь обратилась к отцу, записывающему при свете лампы показания электросчетчика, с просьбой отпустить ее погулять. Давая разрешение, отец попросил дочь вернуться ровно через час. Как отец сможет проконтролировать длительность прогулки, не пользуясь часами?

42. Задача 22 довольно часто публикуется в различных сборниках и поэтому хорошо известна. А вот задание того же характера, но несколько более сложное. Придумайте схему, позволяющую включать и выключать электрическую лампу или какой-нибудь другой прибор, работающий от электросети, из любого числа различных пунктов.

43. Если поставить деревянный кубик на покрытый сукном диск проигрывателя радиолы близко к оси вращения, кубик будет вращаться вместе с диском. Если же расстояние до оси вращения велико, кубик, как правило, сбрасывается с диска. Как определить коэффициент трения дерева о сукно с помощью одной лишь линейки?

44. Разработайте метод определения объема комнаты с помощью достаточно длинной и тонкой нити, часов и гирьки.

45. При обучении музыке, балетному искусству, в тренировке спортсменов и для некоторых других целей часто используется метроном - прибор, издающий периодические отрывистые щелчки. Длительность интервала между двумя ударами (щелчками) метронома регулируется перемещением грузика по специальной качающейся шкале. Как проградуировать шкалу метронома в секундах с помощью нити, стального шарика и рулетки, если это не сделано на заводе?

46. Грузик метронома с неотградуированной шкалой (см. предыдущую задачу) нужно установить в такое положение, чтобы промежуток времени между двумя ударами был равен одной секунде. Для этой цели разрешено воспользоваться длинной лестницей, камнем и рулеткой. Как следует распорядиться этим набором предметов, чтобы выполнить задание?

47. Имеется деревянный прямоугольный параллелепипед, у которого одно ребро значительно превышает два других. Как с помощью одной только линейки определить коэффициент трения бруска о поверхность пола в комнате?

48. Современные кофемолки приводятся в действие электродвигателем небольшой мощности. Как, не разбирая кофемолки, определить направление вращения ротора ее двигателям

49. Два полых шара, имеющих одинаковую массу и объем, покрашены одинаковой краской, царапать которую нежелательно. Один шар изготовлен из алюминия, а другой - из меди. Как проще всего узнать, какой шар алюминиевый, а какой - медный?

50. Как определить" массу некоторого тела с помощью однородной рейки с делениями и куска не очень толстой медной проволоки? Разрешено также пользоваться физическим справочником.

51. Как оценить радиус вогнутого сферического зеркала (или радиус кривизны вогнутой линзы) с помощью секундомера и стального шарика известного радиуса?

52. Две одинаковые сферические колбы из стекла наполнены различными жидкостями. Как определить, в какой жидкости скорость света больше, располагая для этой цели только электрической лампочкой и листом бумаги?

53. Окрашенную целлофановую пленку можно использовать как простейший монохроматор - приспособление, выделяющее из сплошного спектра довольно узкий интервал световых волн. Как с помощью настольной лампы, проигрывателя с пластинкой (лучше долгоиграющей), линейки и листа картона с небольшим отверстием определить среднюю длину волны из этого интервала? Хорошо, если в вашем эксперименте будет участвовать товарищ с карандашом.

В первой главе дипломной работы были рассмотрены теоретические аспекты проблемы использования электронных учебников в процессе обучения физике в старшем звене общеобразовательной школы. В ходе теоретического анализа проблемы мы определили принципы и виды электронных учебников, выявили и теоретически обосновали педагогические условия использования информационных технологий в процессе обучения физике в старшем звене общеобразовательной школы.

Во второй главе дипломной работы нами формулируются цель, задачи и принципы организации экспериментальной работы. В данной главе рассмотрена методика реализации выделенных нами педагогических условий использования электронных учебников в процессе обучения физике в старшем звене общеобразовательной школы, в заключительном параграфе приводится интерпретация и оценка результатов, полученных в ходе экспериментальной работы.

Цель, задачи, принципы и методы организации экспериментальной работы

Во вводной части работы была выдвинута гипотеза, которая содержала основные условия, требующие проверки на практике. С целью проверки и доказательства выдвинутых в гипотезе предложений нами была проведена экспериментальная работа.

Эксперимент в «Философском энциклопедическом словаре» определяется как планомерно проведенное наблюдение; планомерная изоляция, комбинация и варьирование условий с целью изучения зависящих от них явлений. В этих условиях человек создает возможность наблюдений, на основе которых складывается его знание о закономерностях в наблюдаемом явлении. Наблюдения, условия и знания о закономерностях являются наиболее существенными, на наш взгляд, признаками, характеризующие данное определение.

В словаре «Психология» понятие эксперимента рассматривается как один из основных (наряду с наблюдением) методов научного познания вообще, психологического исследования в частности. Отличается от наблюдения активным вмешательством в ситуацию со стороны исследователя, осуществляющего планомерное манипулирование одной или несколькими переменными (факторами) и регистрацию сопутствующих изменений в поведении изучаемого объекта. Правильно поставленный эксперимент позволяет проверять гипотезы о причинно-следственных отношениях, не ограничивается констатацией связи (корреляции) между переменными. Наиболее существенными признаками, как показывает опыт, здесь являются: активность исследователя, характерная для поискового и формирующего типов эксперимента, а также проверка гипотезы.

Выделяя существенные признаки приведенных определений, как справедливо пишут А.Я. Наин и З.М. Уметбаев, можно построить использовать следующее понятие: эксперимент - это исследовательская деятельность, предназначенная для проверки выдвинутой гипотезы, разворачиваемая в естественных или искусственно созданных контролируемых и управляемых условиях. Результатом этого, как правило, является новое знание, включающее в себя выделение существенных факторов, влияющих на эффективность педагогической деятельности . Организация эксперимента невозможна без выделения критериев. И именно наличие их и позволяет отличить экспериментальную деятельность от какой-либо другой. Такими критериями, по мнению Э.Б. Каиновой, могут быть наличие: цели эксперимента; гипотезы; научного языка описания; специально созданных условий эксперимента; способов диагностики; способов воздействия на предмет экспериментирования; нового педагогического знания .

По целям различают констатирующий, формирующий и оценочный эксперименты. Цель констатирующего эксперимента - измерение наличного уровня развития. В данном случае мы получаем первичный материал для исследования и организации формирующего эксперимента. Это является чрезвычайно важным для организации любого изыскания.

Формирующий (преобразующий, обучающий) эксперимент ставит своей целью не простую констатацию уровня сформированное той или иной деятельности, развития тех или иных умений испытуемых, а их активное формирование. Здесь необходимо создать специальную экспериментальную ситуацию. Результаты экспериментального исследования часто представляют собой не выявленную закономерность, устойчивую зависимость, а ряд более или менее полно зафиксированных эмпирических фактов. Эти данные часто носят описательный характер, представляют лишь более определенный материал, который сужает дальнейшую сферу поиска. Результаты эксперимента в педагогике и психологии нередко следует рассматривать как промежуточный материал и исходную основу для дальнейшей исследовательской работы.

Оценочный эксперимент (контролирующий) - с его помощью через какой-то промежуток времени после формирующего эксперимента определяется уровень знаний, умений испытуемых по материалам формирующего эксперимента.

Целью проведения экспериментальной работы является апробация выделенных педагогических условий использования электронных учебников в процесс обучения физике в старшем звене общеобразовательной школы и определение их эффективности.

Основными задачами экспериментальной работы являлись: выбор экспериментальных площадок для педагогического эксперимента; определение критериев для подбора экспериментальных групп; разработка инструментария и определение методов педагогической диагностики выбранных групп; разработка педагогических критериев для выявления и соотнесения уровней обученности учащихся контрольных и экспериментальных классов.

Экспериментальная работа осуществлялась в три этапа, включая в себя: диагностирующий этап (проведенный в форме констатирующего эксперимента); содержательный этап (организуемый в форме формирующего эксперимента) и аналитический (проведенный в форме контрольного эксперимента). Принципы осуществления экспериментальной работы.

Принцип всесторонности научно-методической организации экспериментальной работы. Принцип требует обеспечения высокого уровня профессионализма самого педагога-экспериментатора. На эффективность внедрения информационных технологий обучения школьников влияет множество факторов, и, несомненно, её базовым условием является соответствие содержание обучения возможностям школьников. Но даже в этом случае возникают проблемы в преодолении интеллектуальных и физических барьеров и поэтому, при использовании приёмов эмоционально-интеллектуального стимулирования познавательной активности обучающихся мы обеспечивали методическое консультирование, отвечающее следующим требованиям:

а) проблемно-поисковый материал представлялся с использованием персонифицированных объяснительных методов и инструкций, облегчающих усвоение школьниками учебного материала;

б) предлагались различные приёмы и пути усвоения содержания изучаемого материала;

в) отдельным педагогам представлялась возможность свободно выбирать приёмы и схемы решения компьютеризированных задач, работать по своим оригинальным педагогическим приёмам.

Принцип гуманизации содержания экспериментальной работы. Это идея приоритета человеческих ценностей над технократическими, производственными, экономическими, административными и др. Принцип гуманизации реализовывался путём соблюдения следующих правил педагогической деятельности: а) педагогический процесс и воспитательные отношения в нём строятся на полном признании прав и свобод обучающегося и уважении к нему;

б) знать и в ходе педагогического процесса опираться на положительные качества школьника;

в) постоянно осуществлять гуманистическое просвещение педагогов в соответствии с Декларацией «О правах ребёнка»;

г) обеспечивать привлекательность и эстетичность педагогического провеса и комфортность воспитательных отношений всех его участников .

Таким образом, принцип гуманизации, как считают И.А.Колесникова и Е.В.Титова, обеспечивает школьникам определённую социальную защиту в образовательном учреждении .

Принцип демократизации экспериментальной работы - это идея о представлении участникам педагогического процесса определённых свобод для саморазвития, саморегуляции, самоопределения. Принцип демократизации в процессе использования информационных технологий обучения школьников реализуется через соблюдение следующих правил:

а) создавать открытый для общественного контроля и влияния педагогический процесс;

б) создавать правовое обеспечение деятельности обучающихся, способствующие защите их от неблагоприятных воздействий среды;

в) обеспечивать взаимное уважение, такт и терпение во взаимодействии педагогов и обучающихся.

Реализация этого принципа способствует расширению возможностей обучающихся и учителей в определении содержания образования, выборе технологии использования информационных технологий в процесс обучения.

Принцип культуросообразности экспериментальной работы - это идея о максимальном использовании в воспитании, образовании и обучении той среды, в которой и для развития которой создано образовательное учреждение - культуры региона, народа, нации, общества, страны. Реализуется принцип на основе соблюдения таких правил:

а) понимание педагогическою общественностью в школе культуро-исторической ценности;

б) максимальное использование семейной и региональной материальной и духовной культуры;

в) обеспечение единства национального, интернационального, межнационального и интерсоциального начал в воспитании, образовании, обучении школьников;

г) формирование творческих способностей и установок учителей и обучающихся на потребление и создание новых культурных ценностей .

Принцип целостного изучения педагогических явлений в опытной работе, который предполагает: использование системного и интегративно - развивающего подходов; чёткого определения места изучаемого явления в целостном педагогическом процессе; раскрытие движущих сил и явлений изучаемых объектов.

Данным принципом мы руководствовались при моделировании процесса использования информационных технологий обучения.

Принцип объективности, предполагающий: проверку каждого факта несколькими методами; фиксацию всех проявлений изменения исследуемого объекта; сопоставление данных своего исследования с данными других аналойных исследований.

Принцип активно использовался в процессе проведения констатирующего и формирующего этапов эксперимента, при использовании электронного процесса в образовательном процессе, а также при анализе полученных результатов.

Принцип адаптации, требующий учёта личностных особенностей и познавательных способностей, обучающихся в процессе использования информационных технологий, использовался при проведении формирующего эксперимента. Принцип активности, предполагающий, что коррекция личного смыслового поля и стратегии поведения может осуществляться лишь в ходе активной и интенсивной работы каждого участника.

Принцип экспериментирования, направленный на активный поиск участниками занятий новых стратегий поведения. Этот принцип важен как толчок к развитию творчества и инициативы личности, а также как образец поведения в реальной жизни обучающегося .

Говорить о технологии обучения с использованием электронных учебников можно только в том случае, если: она удовлетворяет основным принципам педагогической технологии (предварительное проектирование, воспроизводимость, целеобразование, целостность); она решает задачи, которые ранее в дидактике не были теоретически и/или практически решены; средством подготовки и передачи информации обучаемому является компьютер.

В связи с этим приведём основные принципы системного внедрения компьютеров в учебный процесс, которые были широко использованы в нашей опытной работе .

Принцип новых задач. Суть его состоит в том, чтобы не перекладывать на компьютер традиционно сложившиеся методы и приёмы, а перестраивать их в соответствии с новыми возможностями, которые дают компьютеры. На практике это означает, что при анализе процесса обучения выявляются потери, происходящие от недостатков его организации (недостаточный анализ содержания образования, слабое знание реальных учебных возможностей школьников и др.). В соответствии с результатом анализа намечается список задач, которые в силу различных объективных причин (большой объем, громадные затраты времени и т.п.) сейчас не решаются или решаются неполно, но которые вполне решаются с помощью компьютера. Эти задачи должны быть направлены на полноту, своевременность и хотя бы приближенную оптимальность принимаемых решений.

Принцип системного подхода. Это означает, что внедрение компьютеров должно основываться на системном анализе процесса обучения. То есть должны быть определены цели и критерии функционирования процесса обучения, проведена структуризация, вскрывающая весь комплекс вопросов, которые необходимо решить для того, чтобы проектируемая система наилучшим образом соответствовала установленным целям и критериям.

Принципы максимально разумной типизации проектных решений. Это означает, что, разрабатывая программное обеспечение, исполнитель должен стремиться к тому, чтобы предлагаемые им решения подходили бы возможно более широкому кругу заказчиков не только с точки зрения используемых типов компьютеров, но и различных типов образовательных учреждений.

В заключение данного параграфа отметим, что использование вышеперечисленных методов с другими методами и принципами организации экспериментальной работы позволило определить отношение к проблеме использования электронных учебников в процессе обучения, и наметить конкретные пути эффективного решения проблемы.

Следуя логике теоретического исследования, мы сформировали две группы - контрольную и экспериментальную. В экспериментальной группе проверялась действенность выделенных педагогических условий, в контрольной группе организация процесса обучения была традиционной.

Образовательные особенности реализации педагогических условий использования электронных учебников в процессе обучения физике в старшем звене представлены в параграфе 2.2.

Результаты проделанной работы нашли отражение в параграфе 2.3.

Введение

Глава 1. Теоретические основы использования экспериментального метода на уроках физики в старших классах

1 Роль и значение экспериментальных заданий в школьном курсе физики (определение эксперимента в педагогике, психологии и в теории методике обучения физики)

2 Анализ программ и учебников по использованию экспериментальных заданий в школьном курсе физики

3 Новый подход в проведении экспериментальных заданий по физики с помощью Лего-констукторов на примере раздела «Механика»

4 Методика проведения педагогического эксперимента на уровне констатирующего эксперимента

5 Выводы по первой главе

Глава 2. Разработка и методика проведения экспериментальных заданий по разделу «Механика» для учащихся 10 классов общеобразовательного профиля

1 Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Кинематика точки». Методические рекомендации по применению на уроках физики

2 Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Кинематика твердого тела». Методические рекомендации по применению на уроках физики

3 Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Динамика». Методические рекомендации по применению на уроках физики

4 Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Законы сохранения в механике». Методические рекомендации по применению на уроках физики

5 Разработка систем экспериментальных заданий по теме «Статика». Методические рекомендации по применению на уроках физики

6 Выводы по второй главе

Заключение

Список литературы

Ответ на вопрос

Введение

Актуальность темы. Общепризнано, что изучение физики дает не только фактические знания, но и развивает личность. Физическое образование, несомненно, является сферой развития интеллекта. Последний, как известно, проявляется и в мыслительной, и в предметной деятельности человека.

В этой связи особое значение приобретает экспериментальное решение задач, которое с необходимостью предполагает оба вида деятельности. Как и любой вид решения задач, оно имеет общую для процесса мышления структуру и закономерности. Экспериментальный подход открывает возможности развития образного мышления.

Экспериментальное решение физических задач, в силу их содержания и методологии решения, может стать важным средством развития универсальных исследовательских навыков и умений: постановки эксперимента, опирающегося на определенные модели исследования, собственно экспериментирования, способности выделить и сформулировать наиболее существенные результаты, выдвинуть гипотезу, адекватную изучаемому предмету, и на ее основе построить физическую и математическую модель, привлечь к анализу вычислительную технику. Новизна содержания физических задач для учащихся, вариативность в выборе экспериментальных методик и средств, необходимая самостоятельность мышления при разработке и анализе физической и математической моделей создают предпосылки для формирования творческих способностей.

Таким образом, разработка системы экспериментальных заданий по физике на примере механики актуальна в плане развивающего и личностно - ориентированного обучения.

Объектом исследования является процесс обучения учащихся десятых классов.

Предметом исследования является система экспериментальных заданий по физике на примере механики, направленная на развитие интеллектуальных способностей, формирование исследовательского подхода, творческой активности учащихся.

Цель исследования - разработка системы экспериментальных заданий по физике на примере механики.

Гипотеза исследования - Если в систему физического эксперимента раздела «Механика» включить демонстрации учителя, связанные с ними домашние и классные опыты учащихся, а также экспериментальные задания для учащихся по элективным курсам, а познавательную деятельность учащихся при их выполнении и обсуждении организовать на основе проблемности, то у школьников появится возможность приобретать, наряду со знанием основных физических понятий и законов, информационные, экспериментальные, проблемные, деятельностные умения, что и приведет к повышению интереса к физике как предмету. Исходя из цели и гипотезы исследования, были доставлены следующие задачи:

1. Определить роль и значение экспериментальных заданий в школьном курсе физики (определение эксперимента в педагогике, психологии и в теории методике обучения физики).

Проанализировать программы и учебники по использованию экспериментальных заданий в школьном курсе физики.

Раскрыть сущность методики проведения педагогического эксперимента на уровне констатирующего эксперимента.

Разработать систему экспериментальных заданий по разделу «Механика» для учащихся 10 классов общеобразовательного профиля.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в следующем: Установлена роль экспериментального решения физических заданий как средства в развитии познавательных способностей, исследовательских навыков и творческой активности учащихся 10 - х классов.

Теоретическое значение исследований определяется разработкой и обоснованием методических основ технологии проектирования и организации учебного процесса по экспериментальному решению физических задач как средства развивающего и личностно-ориентированного обучения.

Для решения поставленных задач использовалась совокупность методов:

·теоретический анализ психолого-педагогической литературы и сравнительно-сопоставительный методы;

·системный подход к оценке результатов теоретического анализа, метод восхождения от абстрактного к конкретному, синтез теоретического и эмпирического материала, метод содержательного обобщения, логико-эвристическая разработка решений, вероятностное прогнозирование, прогностическое моделирование, мысленный эксперимент.

Работа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка, приложений.

Апробация разработанной системы заданий проводилась на базе школы - интерната № 30 Среднего Общего Образования Открытого Акционерного Общества «Российские Железные Дороги», адрес: город Комсомольск - на Амуре, проспект Ленина 58/2.

Глава 1. Теоретические основы использования экспериментального метода на уроках физики в старших классах

Роберт Вудвортс (R. S. Woodworth), опубликовавший свой классический учебник по экспериментальной психологии («Experimental psychology», 1938), определял эксперимент как упорядоченное исследование, в ходе которого исследователь непосредственно изменяет некий фактор (или факторы), поддерживает остальные неизменными и наблюдает результаты систематических изменений .

В педагогике Сластенин В. определял эксперимент как исследовательскую деятельность с целью изучения причинно-следственных связей в педагогических явлениях .

В философии Соколов В.В. описывает эксперимент, как метод научного познания .

Основатель физики - Знаменский А.П. описывал эксперимент как вид познавательной деятельности, в которой ключевая для той или иной научной теории ситуация разыгрывается не в реальном действии .

По Роберту Вудвортсу констатирующий эксперимент - это эксперимент, устанавливающий наличие какого-либо непреложного факта или явления .

По Сластенину В. - констатирующий эксперимент проводится в начале исследования и направлен на выяснение состояния дел в школьной практике по изучаемой проблеме .

По Роберту Вудвортсу формирующий (преобразующий, обучающий) эксперимент ставит своей целью активное формирование или воспитание тех или иных сторон психики, уровней деятельности и т.д.; используется при изучении конкретных путей формирования личности ребёнка, обеспечивая соединение психологических исследований с педагогическим поиском и проектированием наиболее эффективных форм учебно-воспитательной работы .

По Сластенину В. - формирующий эксперимент, в процессе которого конструируются новые педагогические явления .

По Сластенину В. - экспериментальные задания - это кратковременные наблюдения, измерения и опыты, тесно связанные с темой урока .

Личностно ориентированное обучение - это такое обучение, где во главу угла ставится личность ребенка, ее самобытность, самоценность, субъектный опыт каждого сначала раскрывается, а затем согласовывается с содержанием образования. Если в традиционной философии образования социально-педагогические модели развития личности описывались в виде извне задаваемых образцов, эталонов познания (познавательной деятельности), то личностно ориентированное обучение исходит из признания уникальности субъектного опыта самого ученика, как важного источника индивидуальной жизнедеятельности, проявляемой, в частности, в познании. Тем самым признается, что в образовании происходит не просто интериоризации ребенком заданных педагогических воздействий, а «встреча» задаваемого и субъектного опыта, своеобразное «окультуривание» последнего, его обогащение, приращение, преобразование, что и составляет «вектор» индивидуального развития Признание ученика главной действующей фигурой всего образовательного процесса и есть личностно-ориентированная педагогика.

При проектировании образовательного процесса нужно исходить из признания двух равноправных источников: обучения и учения. Последнее не есть просто дериват первого, а является самостоятельным, личностно-значимым, а потому очень действенным источником развития личности.

Личностно-ориентированное обучение строится на принципе субъектности. Из него вытекает целый ряд положений.

Учебный материал не может быть одинаковым для всех учащихся. Ученику надо дать возможность выбрать то, что соответствует его субъектности при изучении материала, выполнении заданий, решении задач. В содержании учебных текстов возможны и допустимы противоречивые суждения, вариативность изложения, проявление разного эмоционального отношения, авторские позиции. Ученик не заучивает обязательный материал с заранее заданными выводами, а сам его отбирает, изучает, анализирует и делает собственные выводы. Упор делается не на развитие только памяти ученика, а на самостоятельность его мышления и самобытность выводов. Проблемность заданий, неоднозначность учебного материала подталкивают ученика к этому.

Формирующий эксперимент, - это специфический исключительно для психологии вид эксперимента, в котором активное воздействие экспериментальной ситуации на испытуемого должно способствовать его психическому развитию и личностному росту .

Рассмотрим роль и значение экспериментальных заданий в психологии, педагогике, философии, и теории методики обучения физики.

Основным методом исследовательской работы психолога является эксперимент. Известный отечественный психолог С.Л. Рубинштейн (1889-1960) выделял следующие качества эксперимента, обуславливающие его значение для получения научных фактов: «1) В эксперименте исследователь сам вызывает изучаемое им явление, вместо того чтобы ждать, как при объективном наблюдении, пока случайный поток явления доставит ему возможность его наблюдать. 2) Имея возможность вызывать изучаемое явление, экспериментатор может варьировать, изменять условия, при которых протекает явление, вместо того чтобы, как при простом наблюдении, брать их таким, каким ему их доставляет случай. 3) Изомеруя отдельные условия и изменяя одно из них при сохранении неизменными остальных, эксперимент тем самым выявляет значение этих отдельных условий и устанавливает закономерные связи, определяющие изучаемый им процесс. Эксперимент, таким образом, очень мощные методическое средство для выявления закономерностей. 4) Выявляя закономерные связи между явлениями, эксперимент часто может варьировать не только самые условия в смысле их наличия или отсутствия, но и их количественные соотношения. В результате эксперимент устанавливает допускающие математическую формулировку качественные закономерности» .

Наиболее ярким педагогическим направлением, призванным реализовать идеи «нового воспитания», выступает экспериментальная педагогика, ведущим стремлением которой является разработка научно обоснованной теории обучения и воспитания, способной развить индивидуальность личности. Возникшая в XIX в. экспериментальная педагогика (термин предложил Э. Мейман) ставила своей целью всестороннее исследование ребёнка и обоснование педагогической теории экспериментальным путём. Она оказала сильное влияние на ход развития отечественной педагогической науки. .

Ни одна тема не должна быть пройдена чисто теоретически, как ни одна работа не должна быть проделана без освещения ее научной теории. Умелое сочетание теории с практикой и практики с теорией даст нужный воспитательный и образовательный эффект и обеспечит выполнение требований, которые предъявляет нам педагогика. Основное орудие обучения физике (ее практической части) в школе - демонстрационный и лабораторный эксперимент, с которым учащийся должен иметь дело в классе при объяснениях учителя, на лабораторных работах, в физическом практикуме, в физическом кружке и в домашних условиях.

Без эксперимента нет и не может быть рационального обучения физике; одно словесное обучение физике неизбежно приводит к формализму и механическому заучиванию .

Эксперимент в школьном курсе физики - это отражение научного метода исследования, присущего физике.

Постановка опытов и наблюдений имеет большое значение для ознакомления учащихся с сущностью экспериментального метода, с его ролью в научных исследованиях по физике, а так же в формировании умений самостоятельно приобретать и применять знания, развитии творческих способностей.

Сформированные умения в ходе проведения экспериментов являются важным аспектом для положительной мотивации учащихся на исследовательскую деятельность. В школьной практике эксперимент, экспериментальный метод и экспериментальная деятельность учащихся реализуются в основном при постановке демонстрационных и лабораторных опытов, в проблемно-поисковом и исследовательском методах обучения.

Отдельную группу экспериментальных основ физики составляет фундаментальные научные эксперименты. Ряд экспериментов демонстрируется на имеющемся в школе оборудовании, другие - на моделях, третьи, - просматривая кинофильмы. Изучение фундаментальных экспериментов позволяет активизировать деятельность учащихся, способствует развитию их мышления, вызывает интерес, побуждает к самостоятельным исследованиям.

Большое количество наблюдений и демонстраций не обеспечивает формирование у учащихся умения самостоятельно и целостно проводить наблюдение. Этот факт можно связать с тем, что в большинстве экспериментов, предлагаемых учащимся, определены состав и последовательность выполнения всех операций. Эта проблема еще более усугубилась после появления тетрадей для лабораторных работ на печатной основе. Учащиеся, выполнив по таким тетрадям только за три года обучения (с 9 по 11 классы) более тридцати лабораторных работ, не могут определить основные операции эксперимента. Хотя для учащихся с низким и удовлетворительным уровнями обучаемости они обеспечивают ситуацию успеха и создают познавательный интерес, положительную мотивацию. Что еще раз подтверждают исследования: более 30% школьников любят уроки физики за возможность самостоятельно выполнять лабораторные и практические работы.

Для того чтобы на уроках и лабораторных работах у учащихся формировались все элементы экспериментальных методов учебного исследования: измерений, наблюдения, фиксация их результатов, проведение математической обработки полученных результатов, и при этом их выполнение сопровождалось высокой степенью самостоятельности и эффективности, перед началом проведения каждого эксперимента учащимся предлагается эвристическое предписание «Учусь ставить эксперимент», а перед наблюдением эвристическое предписание «Учусь наблюдать». Они подсказывают учащимся, что нужно сделать (но не как) намечают направление движения вперед.

Большие возможности для организации самостоятельных экспериментов учащихся имеет «Тетрадь для экспериментальных исследований учащихся 10 классов» (авторы Н.И. Запрудский, А.Л. Карпук). В зависимости от способностей учащихся им предлагается два варианта проведения (самостоятельно с использованием общих рекомендаций по планированию и проведению эксперимента - вариант А или в соответствии с предложенными в варианте Б пошаговыми действиями). Выбор дополнительных к программным экспериментальных исследований и экспериментальных задач дает большие возможности для реализации интересов учащихся .

В целом, в процессе самостоятельной экспериментальной деятельности учащиеся приобретают следующие конкретные умения:

·наблюдать и изучать явления и свойства веществ и тел;

·описывать результаты наблюдений;

·выдвигать гипотезы;

·отбирать, необходимые для проведения экспериментов, приборы;

·выполнять измерения;

·вычислять погрешности прямых и косвенных измерений;

·представлять результаты измерений в виде таблиц и графиков;

·интерпретировать результаты экспериментов;

·делать выводы;

·обсуждать результаты эксперимента, участвовать в дискуссии.

Учебный физический эксперимент является неотъемлемой, органической частью курса физики средней школы. Удачное сочетание теоретического материала и эксперимента дает, как показывает практика, наилучший педагогический результат .

.2 Анализ программ и учебников по использованию экспериментальных заданий в школьном курсе физики

В старшей школе (10 - 11 классах) распространены и используются в основном пять УМК.

УМК - «Физика 10-11» авт. Касьянов В.А.

класс. 1-3 часа в неделю. Учебник, авт. Касьянов В.А.

Курс предназначен для учащихся общеобразовательных классов, для которых физика не является профильным предметом и должна изучаться в соответствии с базисным компонентом учебного плана. Основная цель - формирование у школьников представлений о методологии научного познания, роли, месте и взаимосвязи теории и эксперимента в процессе познания, об их соотношении, о структуре Вселенной и о положении человека в окружающем мире. Курс призван сформировать у учащихся мнение об общих принципах физики и основных задачах, которые она решает; осуществить экологическое образование школьников, т.е. сформировать у них представление о научных аспектах охраны окружающей среды; выработать научный поход к анализу вновь открываемых явлений. Данный УМК в плане содержания и методики изложения учебного материала доработан автором в большей степени, чем другие, но требует для изучения 3 и более часов в неделю (10-11 кл.) В комплект входят:

Методическое пособие для учителя.

Тетрадь для лабораторных работ к каждому из учебников.

УМК - «Физика 10-11», авт. Мякишев Г.Я., Буховцев Б. Б., Сотский Н. Н.

класс. 3-4 часа в неделю. Учебник, авт. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.

класс. 3-4 часа в неделю. Учебник, авт. Мякишев Г.Я., Буховцев Б. Б.

Физика 10 класс. Рассчитан на 3, и более часов в неделю, к коллективу первых двух хорошо известных авторов Мякишеву Г.Я., Буховцеву Б.Б. добавился Сотский Н.Н., написавший раздел механики, изучение которого теперь стало необходимо в старшей профильной школе. Физика 11 класс. 3 - 4 часа в неделю. Авторский коллектив прежний: Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Этот курс переработан мало, по сравнению со «старым Мякишевым» почти не изменился. Имеет место незначительное перенесение отдельных частей в выпускной класс. Данный комплект является переработанным вариантом традиционных учебников (по ним учился почти весь СССР) для старшей школы тех же авторов.

УМК - «Физика 10-11», авт. Анциферов Л. И.

класс. 3 часа в неделю. Учебник, авт. Анциферов Л.И.

В основу программы курса положен циклический принцип построения учебного материала, предусматривающий изучение физической теории, ее использование при решении задач, применение теории на практике. Выделены два уровня содержания образования: базовый минимум, обязательный для всех, и учебный материал повышенной трудности, адресуемый школьникам, особо интересующимся физикой. Этот учебник написан известным методистом из г. Курска проф. Анциферовым Л.И. Многолетняя работа в педагогическом ВУЗе и чтение лекций студентам привела к созданию данного школьного курса. Эти учебники трудны для общеобразовательного уровня, требуют переработки и дополнительных методических материалов.

УМК - «Физика 10-11», авт. Громов С. В.

класс. 3 часа в неделю. Учебник, авт. Громов С. В.

класс. 2 часа в неделю. Учебник, авт. Громов С. В.

Учебники предназначены для старших классов общеобразовательных школ. Включают теоретическое изложение «школьной физики». При этом значительное внимание уделяется историческим материалам и фактам. Порядок изложения необычен: механика завершается главой СТО, далее следуют электродинамика, МКТ, квантовая физика, физика атомного ядра и элементарных частиц. Такая структура, по мнению автора курса, позволяет формировать в сознании учащихся более строгое представление о современной физической картине мира. Практическая часть представлена описаниями минимального числа стандартных лабораторных работ. Прохождение материала предполагает решение большого количества задач, приведены алгоритмы решения их основных типов. Во всех представленных выше учебниках для старшей школы должен реализоваться так называемый общеобразовательный уровень, но это во многом будет зависеть от педагогического мастерства учителя. Все эти учебники в современной школе вполне могут использоваться в классах естественнонаучного, технического и др. профилей, с сеткой 4-5 ч. в неделю.

УМК - «Физика 10-11», авт. Мансуров А. Н., Мансуров Н. А.

11 класс. 2 часа (1час) в неделю. Учебник, авт. Мансуров А. Н., Мансуров Н. А.

По данному комплекту работают единичные школы! Но он является первым учебником, для предполагаемого гуманитарного профиля физики. Авторы попытались сформировать представление о физической картине мира, последовательно рассматриваются механическая, электродинамическая и квантово-статистическая картины мира. В содержание курса включены элементы методов познания. Курс содержит фрагментарное описание законов, теорий, процессов и явлений. Математический аппарат почти не используется и заменен словесным описанием физических моделей. Решение задач и проведение лабораторных работ не предусмотрено. Дополнительно к учебнику изданы методические пособия и планирование .

физика школьный экспериментальный механика

Реализация современных требований к сформированности экспериментальных умений невозможна без использования новых подходов к проведению практических работ. Необходимо использовать методику, при которой лабораторные работы выполняют не иллюстративную функцию к изучаемому материалу, а являются полноправной частью содержания образования и требуют применения исследовательских методов в обучении. При этом возрастает роль фронтального эксперимента при изучении нового материала с использованием исследовательского подхода и максимальное количество опытов должно переноситься с демонстрационного стола учителя на парты учащихся. При планировании учебного процесса необходимо уделить внимание не только количеству лабораторных работ, но и видам деятельности, которые они формируют. Желательно переносить часть работ с проведения косвенных измерений на исследования по проверке зависимостей между величинами и построение графиков эмпирических зависимостей. При этом уделить внимание формированию следующих умений: конструировать экспериментальную установку исходя из формулировки гипотезы опыта; строить графики и рассчитывать по ним значения физических величин; анализировать результаты экспериментальных исследований, выраженных в виде экспериментальных исследований, выраженных в виде таблицы или графика, делать выводы по результатам эксперимента.

Федеральный компонент государственного образовательного стандарта по физике предполагает приоритет деятельностного подхода к процессу обучения, развития у учащихся умений проводить наблюдения природных явлений, описывать и обобщать результаты наблюдений, использовать простые измерительные приборы для изучения физических явлений; представлять результаты наблюдений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости; применять полученные знания для объяснения разнообразных природных явлений и процессов, принципов действия важнейших технических устройств, для решения физических задач. Использование в учебном процессе Лего-технологий имеет огромное значение для реализации этих требований.

Использование Лего-конструкторов повышает мотивацию учащихся к обучению, т.к. при этом требуются знания практически из всех учебных дисциплин от искусств и истории до математики и естественных наук. Межпредметные занятия опираются на естественный интерес к разработке и постройке различных механизмов.

Современная организация учебной деятельности требует того, чтобы теоретические обобщения учащиеся дали на основе результатов собственной деятельности. Для учебного предмета «физика» - это учебный эксперимент.

Принципиально изменились роль, место и функции самостоятельного эксперимента при обучении физики: учащиеся должны овладевать не только конкретными практическими умениями, но и основами естественнонаучного метода познания, а это может быть реализовано только через систему самостоятельных экспериментальных исследований. Lego-конструкторы существенно мобилизируют такие исследования.

Особенностью преподавания учебного предмета «Физика» в 2009/2010 учебном году является использование образовательных Лего - конструкторов, которые позволяют в полной мере реализовать принцип личностно-ориентированного обучения, провести демонстрационные эксперименты и лабораторные работы, охватывающие практически все темы курса физики и выполняющие не столько иллюстративную функцию к изучаемому материалу, а требующие применения исследовательских методов, что способствует повышению интереса к изучаемому предмету.

1.Индустрия развлечений. ПервоРобот. В наборе: 216 ЛЕГО-элементов, включая RCX-блок и ИК передатчик, датчик освещенности, 2 датчика касания, 2 мотора 9 В.

2.Автоматизированные устройства. ПервоРобот. В наборе: 828 ЛЕГО-элементов, включая Лего-компьютер RCX, инфракрасный передатчик, 2 датчика освещенности, 2 датчика касания, 2 мотора 9 В.

.ПервоРобот NXT. В наборе: программируемый блок управления NXT, три интерактивных сервомотора, набор датчиков (расстояния, касания, звука, света и др.), аккумулятор, соединительные кабели, а также 407 конструктивных ЛЕГО-элементов - балки, оси, зубчатые колеса, штифты, кирпичи, пластины и др.

.Энергия, работа, мощность. В наборе: четыре одинаковых, полностью укомплектованных мини-набора по 201 детали в каждом, включая моторы и электрические конденсаторы.

.Технология и физика. В наборе: 352 детали, предназначенных для изучения основных законов механики и теории магнетизма.

.Пневматика. В наборе: насосы, трубы, цилиндры, клапаны, воздушный ресивер и манометр для построения пневматических моделей.

.Возобновляемые источники энергии. В наборе: 721 элемент, в том числе микромотор, солнечная батарея, различные шестеренки и соединительные провода.

Наборы ПервоРобот на базе блоков управления RCX и NXT предназначены для создания программируемых роботизированных устройств, которые позволяют производит сбор данных с датчиков и их первичную обработку.

Образовательные Лего-конструкторы серии «EDUCATIONAL» (образование) могут быть использованы при изучении раздела «Механика» (блоки, рычаги, виды движения, преобразование энергии, законы сохранения). При достаточной мотивации и методической подготовке с помощью тематических комплектов Lego возможно охватить основные разделы физики, что сделает занятия интересными и эффективными, а, следовательно, осуществлять качественную подготовку учащихся .

.4 Методика проведения педагогического эксперимента на уровне констатирующего эксперимента

Есть два варианта построения педагогического эксперимента.

Первый - когда в эксперименте участвуют две группы детей, одна из которых занимается по экспериментальной программе, а вторая - по традиционной. На третьем этапе исследования будут сравниваться уровни знаний и умений обеих групп.

Второй - когда в эксперименте участвует одна группа детей, и на третьем этапе сравнивается уровень знаний до формирующего эксперимента и после.

В соответствии с гипотезой и задачами исследования был разработан план педагогического эксперимента, который включал три этапа.

Констатирующий этап проводился в месяц, год. Целью его явилось изучение особенностей / знаний / навыков и т.д. ... у детей... возраста.

На формирующем этапе (месяц, год), проводилась работа по формированию..., с использованием....

Контрольный этап (месяц, год) ставил своей целью проверку усвоения детьми... возраста экспериментальной программы знаний/умений.

Эксперимент проводился в.... В нем участвовало кол-во детей (указать возраст).

На первом этапе констатирующего эксперимента изучались представления/знания/умения детей о....

Была разработана серия заданий для изучения знаний детей....

задание. Цель:

Анализ выполнения задания показал: ...

задание. Цель:

Анализ выполнения задания...

задание. ...

От 3 до 6 заданий.

Результаты анализа заданий стоит разместить в таблицах. В таблицах указывают кол-во детей или процент от общего их количества. В таблицах можно указывать уровни развития данного умения у детей, или кол-во выполненных заданий, и т.д. Пример таблиц:

Таблица №....

Количество детей №№Абсолютное число%1 задание (на определенные знания, умения)2 задание3 задание

Или такая таблица: (в этом случае необходимо указать, по каким критериям дети относятся к тому или иному уровню)

Для выявления у детей уровня..., нами были разработаны следующие критерии:

Были выделены три уровня.... :

Высокий: ...

Средний: ...

Низкий: ...

В таблице № представлено соотношение количества детей контрольной и экспериментальной групп по уровням.

Таблица №....

Уровень знаний/уменийКоличество детей №№Абсолютное число%ВысокийСреднийНизкий

Полученные данные свидетельствуют о том, что....

Проведенная экспериментальная работа дала возможность определить пути и средства... .

1.5 Выводы по первой главе

В первой главе нами рассмотрена роль и значение экспериментальных заданий при изучении физики в школе. Даны определения: эксперимента в педагогике, психологии, философии, методике обучения физике, экспериментальных заданий в этих же областях.

Проанализировав все определения, можно сделать следующий вывод о сути экспериментальных заданий. Разумеется, определение этих заданий как исследовательских, имеет несколько условный характер, так как возможность школьного кабинета физики и уровень подготовленности учащихся даже в старших классах делают задачу проведения физических исследований не выполнимой. Поэтому к исследовательским, творческим следует отнести те задания, в которых ученик может открыть новые, неизвестные для него закономерности или для решения которых, он должен сделать какие - то изобретения. Такое самостоятельное открытие известного в физике закона или изобретение способа измерения физической величины не является простым повторением известного. Это открытие или изобретение, обладающее лишь субъективной новизной, для ученика является объективным доказательством его способности к самостоятельному творчеству, позволяет приобрести необходимую уверенность в своих силах и способностях. И все же можно решить эту задачу.

Проанализировав программы и учебники «Физика» 10 класс по использованию экспериментальных заданий в разделе «Механика». Можно сказать о том, что лабораторных работ и опытов в данном курсе проводится недостаточно для того, чтобы полноценно воспринимать весь материал по разделу «Механика».

Также рассмотрен новый подход в преподавании физики - использование Лего - конструкторов, позволяющих развивать творческое мышление учащихся.

На изучение темы кинематика точки отводится 13 часов.

Движение с постоянным ускорением.

Для этой темы разработано экспериментальное задание:

Для выполнения работы используется машина Атвуда.

Для выполнения работы машина Атвуда должна быть установлена строго вертикально, что легко проверить по параллельности шкалы и нити.

Цель опыта: Проверка закона скоростей

Измерения

Проверяют вертикальность установки машины Атвуда. Балансируют грузы.

Укрепляют на шкале кольцевую полочку П1. Регулируют ее положение.

Накладывают на правый груз перегрузок в 5-6 г.

Двигаясь равноускоренно из верхнего положения до кольцевой полочки, правый груз проходит путь S1 за время t1 и приобретает к концу этого движения скорость v. На кольцевой полочке груз сбрасывает перегрузок и дальше движется равномерно со скоростью, которую он приобрел в конце разгона. Для определения ее следует измерить время t2 движения груза на пути S2. Таким образом, каждый опыт состоит из двух измерений: сначала измеряется время равноускоренного движения t1, а затем груз повторно запускается для измерения времени равномерного движения t2.

Проводят 5-6 опытов при различных значениях пути S1 (с шагом 15-20 см). Путь S2 выбирается произвольно. Полученные данные заносят в таблицу отчета.

Методические особенности:

Несмотря на то, что основные уравнения кинематики прямолинейного движения имеют простую форму и не вызывают сомнения, экспериментальная проверка этих соотношений весьма сложна. Трудности возникают в основном по двум причинам. Во-первых, при достаточно больших скоростях движения тел необходимо с большой точностью измерять время их движения. Во-вторых, в любой системе движущихся тел действуют силы трения и сопротивления, которые трудно учесть с достаточной степенью точности.

Поэтому необходимо проводить такие эксперименты и опыты, которые снимают все трудности.

На изучение темы Кинематика отводится 3 часа, и включает в себя следующие разделы:

Механическое движение и его относительность. Поступательное и вращательное движение твердого тела. Материальная точка. Траектория движения. Равномерное и равноускоренное движение. Свободное падение. Движение тела по окружности. По этой теме нами предложено следующее экспериментальное задание:

Цель работы

Экспериментальная проверка основного уравнения динамики вращательного движения твердого тела вокруг закрепленной оси.

Идея эксперимента

В эксперименте исследуется вращательное движение закрепленной на оси системы тел, у которой может меняться момент инерции (маятник Обербека). Различные моменты внешних сил создаются грузами, подвешенными на нити, намотанной на шкив.

Экспериментальная установка

Ось маятника Обербека закреплена в подшипниках, так что вся система может вращаться вокруг горизонтальной оси. Передвигая грузы по спицам, можно легко изменять момент инерции системы. На шкив виток к витку наматывается нить, к которой привязана платформа известной массы. На платформу накладываются грузы из набора. Высота падения грузов измеряется с помощью линейки, укрепленной параллельно нити. Маятник Обербека может быть снабжен электромагнитной муфтой - пускателем и электронным секундомером. Перед каждым опытом маятник следует тщательно отрегулировать. Особое внимание необходимо обратить на симметричность расположения грузов на крестовине. При этом маятник оказывается в состоянии безразличного равновесия.

Проведение эксперимента

Задание 1. Оценка момента силы трения, действующей в системе

Измерения

Устанавливают грузы m1 на крестовине в среднее положение, размещая их на равном расстоянии от оси таким образом, чтобы маятник находился в положении безразличного равновесия.

Накладывая небольшие грузы на платформу, определяют приближенно минимальную массу m0 , при которой маятник начнет вращаться. Оценивают момент силы трения из соотношения

где R - радиус шкива, на который намотана нить.

Дальнейшие измерения желательно проводить с грузами массой m 10m0.

Задание 2. Проверка основного уравнения динамики вращательного движения

Измерения

Укрепляют грузы m1 на минимальном расстоянии от оси вращения. Балансируют маятник. Измеряют расстояние r от оси маятника до центров грузов.

Наматывают нить на один из шкивов. По масштабной линейке выбирают начальное положение платформы, производя отсчет, например, по ее нижнему краю. Тогда конечное положение груза будет находиться на уровне поднятой приемной платформы. Высота падения груза h равна разности этих отсчетов и может быть оставлена во всех опытах одинаковой.

Кладут на платформу первый груз. Расположив груз на уровне верхнего отсчета, фиксируют это положение, зажимая нить электромагнитной муфтой. Подготавливают к измерению электронный секундомер.

Отпускают нить, предоставив грузу возможность падать. Это достигается отключением муфты. При этом автоматически включается секундомер. Удар о приемную платформу останавливает падение груза и останавливает секундомер.

Измерение времени падения при одном и том же грузе выполняется не менее трех раз.

Проводят измерения времени падения груза m при других значениях момента Мн. Для этого либо добавляют на платформу дополнительные перегрузки, либо перебрасывают нить на другой шкив. При одном и том же значении момента инерции маятника необходимо провести измерения не менее чем с пятью значениями момента Мн.

Увеличивают момент инерции маятника. Для этого достаточно симметрично переместить грузы m1 на несколько сантиметров. Шаг такого перемещения должен быть выбран таким образом, чтобы получить 5-6 значений момента инерции маятника. Проводят измерения времени падения груза m (п.2-п.7). Все данные заносят в таблицу отчета.

На изучение темы Динамика отводится 18 часов.

Силы сопротивления при движении твердых тел в жидкостях и газах.

Цель эксперимента: Показать, как скорость воздуха влияет на полет самолета.

Материалы: маленькая воронка, мячик для настольного тенниса.

Переверните воронку широкой частью вниз.

Вложите мячик в воронку и поддерживайте его пальцем.

Дуйте в узкий конец воронки.

Перестаньте поддерживать пальцем мячик, но продолжайте дуть.

Итоги: Мячик остается в воронке.

Почему? Чем быстрее мимо мяча проходит воздух, тем меньше давления он оказывает на мяч. Давление воздуха над мячом гораздо меньше, чем под ним, поэтому мячик поддерживается находящимся под ним воздухом. Благодаря давлению движущегося воздуха крылья самолета как бы подталкиваются вверх. Благодаря форме крыла воздух быстрее передвигается над его верхней поверхностью, чем под нижней. Поэтому возникает сила, которая толкает самолет вверх - подъемная сила. .

На тему законы сохранения в механике отводится 16 часов.

Закон сохранения импульса. (5 часов)

Для этой темы нами было предложено следующее экспериментальное задание:

Цель: изучение закона сохранения импульса.

Каждый из Вас наверное сталкивался с такой ситуацией: Вы бежите с определенной скоростью по коридору и сталкиваетесь со стоящим человеком. Что происходит с этим человеком? Действительно, он начинает двигаться, т.е. приобретает скорость.

Проделаем опыт по взаимодействию двух шаров. На тонких нитях висят два одинаковых шарика. Отведем в сторону левый шар и отпустим. После столкновения шаров левый остановится, а правый придет в движение. Высота, на которую поднимется правый шар, будет совпадать с той, на которую до этого был отклонен левый шар. То есть левый шар передает правому весь свой импульс. На сколько уменьшится импульс первого шара, на столько же увеличится импульс второго шара. Если же говорить о системе 2-х шаров, то импульс системы остается неизменным, то есть сохраняется.

Такое соударение называется упругим (слайды № 7-9).

Признаки упругого соударения:

-Нет остаточной деформации и, следовательно, выполняются оба закона сохранения в механике.

-Тела после взаимодействия движутся совместно.

-Примеры подобного вида взаимодействия: игра в теннис, хоккей и т. п.

-Если масса подвижного тела больше массы неподвижного (m1 > m2), то оно уменьшает скорость, не меняя направления.

-Если наоборот, то первое тело от него отражается и движется в противоположную сторону.

Существует также неупругое соударение

Понаблюдаем: возьмем один большой шарик, один маленький. Маленький шарик покоится, а большой приводим в движение по направлению к маленькому.

После столкновения шарики движутся вместе с одной скоростью.

Признаки упругого соударения:

-В результате взаимодействия тела движутся совместно.

-У тел появляется остаточная деформация, следовательно, механическая энергия превращается во внутреннюю энергию.

-Выполняется только закон сохранения импульса.

-Примеры из жизненного опыта: столкновение метеорита с Землёй, удары молотком по наковальне и т. п.

-При равенстве масс (одно из тел неподвижно) теряется половина механической энергии,

-Если m1 много меньше m2, то теряется её большая часть (пуля и стена),

-Если наоборот, передается незначительная часть энергии (ледокол и маленькая льдина).

То есть существует два вида столкновений: упругие и неупругие. .

На изучение темы «Статика. Равновесие абсолютно твердых тел» отводится 3 часа.

Для этой темы нами было предложено следующее экспериментальное задание:

Цель эксперимента: Найти положение центра тяжести.

Материалы: пластилин, две металлические вилки, зубочистка, высокий стакан или банка с широким горлом.

Скатайте из пластилина шарик диаметром около 4 см.

Воткните в шарик вилку.

Вторую вилку воткните в шарик под углом в 45 градусов по отношению к первой вилке.

Воткните зубочистку в шарик между вилками.

Зубочистку поместите концом на край стакана и двигайте к центру стакана, пока не наступит равновесие.

Итоги: При определенном положении зубочистки вилки уравновешиваются.

Почему? Поскольку вилки расположены под углом друг к другу, то их вес как бы сосредоточен в определенной точке палочки, находящейся между ними. Эта точка называется центром тяжести.

.6 Выводы по второй главе

Во второй главе нами были представлены экспериментальные задания по теме «Механика».

Было выяснено, что каждый эксперимент, выработка понятий, допускающих качественные характеристики в форме числа. Чтобы из наблюдений сделать общие выводы, выяснить причины явлений, надо установить количественные зависимости между величинами. Если такая зависимость получается, то найден физический закон. Если найден физический закон, то нет необходимости ставить в каждом отдельном случае опыт, достаточно выполнить соответствующие вычисления.

Изучив экспериментально количественные связи между величинами, можно выявить закономерности. На основе этих закономерностей развивается общая теория явлений.

Заключение

Уже в определении физики как науки заложено сочетание в ней как теоретической, так и практической частей. Считается важным, чтобы в процессе обучения учащихся физике учитель смог как можно полнее продемонстрировать своим ученикам взаимосвязь этих частей. Ведь когда учащиеся почувствуют эту взаимосвязь, то они смогут многим процессам, происходящим вокруг них в быту, в природе, дать верное теоретическое объяснение. Это может являться показателем достаточно полного владения материалом.

Какие формы обучения практического характера можно предложить в дополнение к рассказу преподавателя? В первую очередь, конечно, это наблюдение учениками за демонстрацией опытов, проводимых учителем в классе при объяснении нового материала или при повторении пройденного, так же можно предложить опыты, проводимые самими учащимися в классе во время уроков в процессе фронтальной лабораторной работы под непосредственным наблюдением учителя. Еще можно предложить: 1)опыты, проводимые самими учащимися в классе во время физического практикума; 2)опыты-демонстрации, проводимые учащимися при ответах; 3)опыты, проводимые учащимися вне школы по домашним заданиям учителя; 4)наблюдения кратковременных и длительных явлений природы, техники и быта, проводимые учащимися на дому по особым заданиям учителя.

Опыт же не только учит он увлекает ученика заставляет лучше понимать то явление, которое он демонстрирует. Ведь известно, что человек заинтересованный в конечном результате добивается успеха. Так и в данном случае заинтересовав ученика, пробудем тягу к знаниям.

Список литературы

1.Блудов М.И. Беседы по физике. - М.: Просвещение, 2007. -112 с.

2.Буров В.А. и др. Фронтальные экспериментальные задания по физике в средней школе. - М.: Академия, 2005. - 208 с.

.Галлингер И.В. Экспериментальные задания на уроках физики // Физика в школе. - 2008. -№ 2 . - С. 26 - 31.

.Знаменский А.П. Основы физики. - М.: Просвещение, 2007. - 212 с.

5.Иванов А.И. и др. Фронтальные экспериментальные задания по физике: для 10 класса. - М.: Вузовский учебник, 2009. - 313 с.

6.Иванова Л.А. Активизация познавательной деятельности учащихся на уроках физики при изучении нового материала. - М.: Просвещение, 2006. - 492 с.

7.Исследование в психологии: методы и планирование / Дж. Гудвин. СПб.: Питер, 2008. - 172 с.

.Кабардин О.Ф. Педагогический эксперимент // Физика в школе. - 2009. -№ 6 . - С. 24-31.

9.Мякишев Г.Я, Буховцев Б.Б, Сотский Н.Н Физика. 10 класс. Учебник: Учебник. - М.: Гардарика, 2008. - 138 с.

10.Программы для общеобразовательных учреждений. Физика. Составители Ю.И. Дик, В.А. Коровин. - М.: Просвещение, 2007. -112 с.

11.Рубинштейн С.Л. Основы психологии. - М.: Просвещение, 2007. - 226 с.

.Сластенин В. Педагогика. - М.: Гардарики, 2009. - 190 с.

.Соколов В.В. Философия. - M.: Высшая школа, 2008. - 117 с.

14.Теория и методика обучения физике в школе. Общие вопросы. Под ред.С.Е.Каменецкого, Н.С.Пурышевой. - М.: ГЕОТАР Медиа, 2007. - 640 с.

15.Харламов И.Ф. Педагогика. Изд. 2-е перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 2009 - 576с.

16.Шилов В.Ф. Домашние экспериментальные задания по физике. 9 - 11 классы. - М.: Знание, 2008. - 96 с.

Ответ на вопрос

Отношение реального и возможного, отношение между есть и может быть - вот та интеллектуальная инновация, которая, согласно классическим исследованиям Ж.Пиаже и его школы, становится доступной детям после 11-12 лет. Многочисленные критики Пиаже пытались показать, что возраст 11-12 лет является весьма условным и может быть сдвинут в любую сторону, что переход на новый интеллектуальный уровень совершается не рывком, а проходит целый ряд промежуточных стадий. Но никто не оспаривал сам факт того, что на границе младшего школьного и подросткового возраста в интеллектуальной жизни человека появляется новое качество. Подросток начинает анализ вставшей перед ним задачи с попытки выяснить возможные отношения, применимые к имеющимся в его распоряжении данным, а потом пытается путем сочетания эксперимента и логического анализа установить, какие из возможных отношений здесь реально имеются.

Фундаментальная переориентация мышления с познания того, как устроена реальность, на поиск потенциальных возможностей, лежащих за непосредственной данностью, именуется переходом к гипотетико-дедуктивному мышлению.

Новые гипотетико-дедуктивные средства постижения мира резко раздвигают границы внутренней жизни подростка: его мир наполняется идеальными конструкциями, гипотезами о себе, окружающих, человечестве в целом. Эти гипотезы далеко выходят за границы наличных взаимоотношений и непосредственно наблюдаемых свойств людей (себя в том числе) и становятся основой экспериментального опробования собственных потенциальных возможностей.

Гипотетико-дедуктивное мышление основывается на развитии комбинаторики и пропозициональных операций. Первый шаг когнитивной перестройки характеризуется тем, что мышление становится менее предметным и наглядным. Если на стадии конкретных операций ребенок сортирует предметы только по признаку тождества или сходства, теперь становится возможной классификация неоднородных объектов в соответствии с произвольно выбранными критериями высшего порядка. Анализируются новые сочетания предметов или категорий, отвлеченные высказывания или идеи сопоставляются друг с другом самыми разнообразными способами. Мышление выходит за рамки наблюдаемой и ограниченной действительности и оперирует произвольным числом каких угодно комбинаций. Комбинируя предметы, теперь можно систематически познавать мир, обнаруживать возможные в нем изменения, хотя подростки пока еще не способны выразить формулами скрывающиеся за этим математические закономерности. Однако сам принцип такого описания уже найден и осознан.

Пропозициональные операции - умственные действия, осуществляемые, в отличие от конкретных операций, не с предметными представлениями, а с отвлеченными понятиями. Они охватывают суждения, которые комбинируются с точки зрения их соответствия илинесоответствия предложенной ситуации (истинности или неистинности). Это не просто новый способ увязывать факты, а логическая система, которая гораздо богаче и вариабельнее конкретных операций. Проявляется возможность анализировать любую ситуацию независимо от реальных обстоятельств; подростки впервые обретают способность систематически строить и проверять гипотезы. Одновременно идет дальнейшее развитие конкретных мыслительных операций. Абстрактные понятия (типа объема, веса, силы и т.д.) теперь обрабатываются в уме независимо от конкретных обстоятельств. Становится возможной рефлексия по поводу собственных мыслей. На ней основаны умозаключения, уже не нуждающиеся в проверке на практике, поскольку в них соблюдены формальные законы логики. Мышление начинает подчиняться формальной логике.

Таким образом, между 11 и 15-м годами жизни в когнитивной области происходят существенные структурные изменения, выражающиеся в переходе к абстрактному и формальному мышлению. Они завершают линию развития, начавшуюся в младенчестве формированием сенсомоторных структур и продолжающуюся в детстве вплоть до предпубертатного периода, становлением конкретных умственных операций.

Лабораторная работа «Электромагнитная индукция»

В этой работе проводится изучение явления электромагнитной индукции.

Цели работы

Измерить напряжение, возникающее при перемещении магнита в катушке.

Исследовать влияния смены полюсов магнита при перемещении в катушке, изменение скорости перемещения магнита, использование разных магнитов на возникающее напряжение.

Найти изменение магнитного потока при опускании магнита в катушку.

Порядок выполнения работы

Поместите трубку в катушку.

Закрепите трубку на штативе.

Подключите датчик напряжения к выходу 1 Панели. При работе с Панелью CoachLab II/II+ вместо датчика напряжения используются провода с 4-мм штекерами.

Подсоедините провода к желтому и черному гнездам выхода 3 (эта схема приведена на рисунке и описана в разделе Лабораторные работы Coach).

Откройте Лабораторные работы Coach 6 Изучение физики >Электромагнитная индукция.

Начните измерения, нажав кнопку Пуск. При выполнении работы используется автоматическая запись. Благодаря этому, несмотря на то, что эксперимент длится примерно полсекунды, можно измерить возникающую ЭДС индукции. Когда амплитуда измеряемого напряжения достигнет определенного значения (по умолчанию при увеличении напряжения и достижении значения 0.3 В), компьютер начнет запись измеряемого сигнала.

Начните вдвигать магнит в пластмассовую трубку.

Измерения начнутся, когда значение напряжения достигнет 0.3 В, что соответствует началу опускания магнита.

Если минимальное значение для запуска очень близко к нулю, то запись может начаться из-за помех сигнала. Поэтому минимальное значение для запуска не должно быть близко к нулю.

В случае если значение для запуска выше максимального (ниже минимального) значения напряжения, то запись никогда не начнется автоматически. В этом случае нужно изменить условия запуска.

Анализ полученных данных

Может оказаться, что полученная зависимость напряжения от времени не симметрична относительно нулевого значения напряжения. Это означает, что имеют место помехи. Это не повлияет на качественный анализ, но при расчетах нужно внести поправки, учитывающие эти помехи.

Объясните форму сигнала (минимумы и максимумы) записанного напряжения.

Объясните, почему максимумы (минимумы) несимметричны.

Определите, когда магнитный поток меняется сильнее всего.

Определите суммарное изменение магнитного потока во время первой половины стадии перемещения, когда магнит вдвигали в катушку?

Для нахождения этого значения используйте опции либо Обработать/Анализировать > Площадь или Обработать/Анализировать > Интеграл.

Определите суммарное изменение магнитного потока во время второй половины стадии перемещения, когда магнит выдвигали из катушки?

Теги: Разработка системы экспериментальных заданий по физике на примере раздела "Механика" Диплом Педагогика

Колебания и волны.
Оптика.

Задачи для самостоятельной работы .
Задача 1. Гидростатическое взвешивание .
Оборудование : линейка деревянная длиной 40 см , пластилин, кусок мела, мерный стакан с водой, нитки, лезвие бритвы, штатив с держателем.
Задание .
Измерьте

плотность пластилина;
плотность мела;
массу деревянной линейки.

Примечания :

Кусок мела желательно не мочить – может развалиться.
Плотность воды считать равной 1000 кг/м 3

Задача 2. Удельная теплота растворения гипосульфита .
При растворении гипосульфита в воде температура раствора сильно понижается.
Измерьте удельную теплоту растворения данного вещества.
Под удельной теплотой растворения понимают количество теплоты, необходимое для растворения единицы массы вещества.
Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг × K), плотность воды 1000 кг/м 3 .
Оборудование : калориметр; мензурка или мерный стакан; весы с разновесами; термометр; гипосульфит кристаллический; теплая вода.

Задача 3. Математический маятник и ускорение свободного падения .

Оборудование : штатив с лапкой, секундомер, кусок пластилина, линейка, нить.
Задание : измерить ускорение свободного падения с помощью математического маятника.

Задача 4. Показатель преломления материала линзы .
Задание : измерьте показатель преломления стекла, из которого изготовлена линза.

Оборудование : двояковыпуклая линза на подставке, источник света (лампочка на подставке с источником тока и соединительными проводами), экран на подставке, штангенциркуль, линейка.

Задача 5. «Колебания стержня»

Оборудование : штатив с лапкой, секундомер, спица вязальная, ластик, иголка, линейка, пробка пластиковая от пластиковой бутылки.

Исследуйте зависимость периода колебаний получившегося физического ма-ятника от длины верхней части спицы. Постройте график полученной зависимости. Проверьте выполнимость формулы (1) в вашем случае.
Определите с максимально возможной точностью минимальный период колебаний полученного маятника.
Определите значение ускорения свободного падения.

Задача 6. Определите с максимально возможной точностью сопротивление резистора .
Оборудование : источник тока, резистор с известным сопротивлением, резистор с неизвестным сопротивлением, стаканчик (стеклянный, на 100 мл), термометр, часы (можно использовать свои наручные), миллиметровая бумага, кусок пенопласта.

Задача 7. Определите коэффициент трения бруска о стол .
Оборудование : брусок, линейка, штатив, нитки, гиря известной массы.

Задача 8. Определите вес плоской фигуры .
Оборудование : плоская фигура, линейка, гирька.

Задача 9. Исследуйте зависимость скорости истечения струи, вытекающей из сосуда, от высоты уровня воды в этом сосуде .
Оборудование : штатив с муфтой и лапкой, стеклянная бюретка со шкалой и резиновой трубкой; пружинный зажим; винтовой зажим; секундомер; воронка; кювета; стакан с водой; лист миллиметровой бумаги.

Задача 10. Определите температуру воды, при которой ее плотность максимальна .
Оборудование : стакан с водой, при температуре t = 0 °С ; металлическая подставка; термометр; ложечка; часы; маленький стакан.

Задача 11. Определите силу разрыва Т нити, mg < T .
Оборудование : планка, длина которой 50 см ; нить или тонкая проволока; линейка; груз известной массы; штатив.

Задача 12. Определите коэффициент трения металлического цилиндра, масса которого известна, о поверхность стола .
Оборудование : два металлических цилиндра приблизительно одинаковой массы (масса одного из них известна (m = 0,4 - 0,6 кг )); линейка длины 40 - 50 см ; динамометр Бакушинского.

Задача 13. Исследуйте содержимое механического «черного ящика» . Определите характеристики твердого тела, заключенного в «ящике».
Оборудование : динамометр, линейка, миллиметровая бумага, «черный ящик» – закрытая банка, частично заполненная водой, в которой находятся твердое тело с прикрепленной к нему жесткой проволокой. Проволока выходит из банки сквозь малое отверстие в крышке.

Задача 14. Оределите плотность и удельную теплоемкость неизвестного вам металла .
Оборудование : калориметр, пластмассовый стакан, ванночка для проявки фотографий, измерительный цилиндр (мензурка), термометр, нитки, 2 цилиндра из неизвестного металла, сосуд с горячей (t г = 60° –70° ) и холодной (t х = 10° – 15° ) водой. Удельная теплоемкость воды c в = 4200 Дж/(кг × K ).

Задача 15. Определите модуль Юнга стальной проволоки .
Оборудование : штатив с двумя лапками для крепления оборудования; два стальных стержня; стальная проволока (диаметром 0,26 мм ); линейка; динамометр; пластилин; булавка.
Примечание . Коэффициент жесткости проволоки зависит от модуля Юнга и геометрических размеров проволоки следующим образом k = ES/l , где l – длина проволоки, a S – площадь ее поперечного сечения.

Задача 16. Определите концентрацию поваренной соли в выданном вам водном растворе .
Оборудование : стеклянная банка объемом 0,5 л ; сосуд с водным раствором поваренной соли неизвестной концентрации; источник переменного тока с регулируемым напряжением; амперметр; вольтметр; два электрода; соединительные провода; ключ; набор из 8 навесков поваренной соли; миллиметровая бумага; емкость с пресной водой.

Задача 17. Определите сопротивления милливольтметра и миллиамперметра для двух диапазонов измерений .
Оборудование : милливольтметр (50/250 мВ ), миллиамперметр (5/50 мА ), два соединительных провода, медная и цинковая пластины, соленый огурец.

Задача 18. Определите плотность тела .
Оборудование : тело неправильной формы, металлический стержень, линейка, штатив, сосуд с водой, нить.

Задача 19. Определите сопротивления резисторов R 1 , …, R 7 , амперметра и вольтметра .
Оборудование : батарейка, вольтметр, амперметр, соединительные провода, переключатель, резисторы: R 1 – R 7 .

Задача 20. Определите коэффициент жесткости пружины .
Оборудование : пружина, линейка, лист миллиметровой бумаги, брусок, груз массой 100 г .
Внимание! Не подвешивайте груз на пружине, так как при этом вы превысите предел упругой деформации пружины.

Задача 21. Определите коэффициент трения скольжения спичечной головки о шероховатую поверхность спичечного коробка .
Оборудование : коробка со спичками, динамометр, груз, лист бумаги, линейка, нить.

Задача 22 . Деталь волоконно-оптического соединителя представляет собой стеклянный цилиндр (показатель преломления n = 1,51), в котором имеется два круглых цилиндрических канала. Торцы детали заклеены. Определите расстояние между каналами .
Оборудование : деталь соединителя, миллиметровая бумага, лупа.

Задача 23. «Черный сосуд» . В «черный сосуд» с водой на нити опущено тело. Найдите плотность тела ρ m , его высоту l уровень воды в сосуде с погруженным телом (h ) и когда тело находится вне жидкости (h o ).
Оборудование . «Черный сосуд», динамометр, миллиметровая бумага, линейка.
Плотность воды 1000 кг/м 3 . Глубина сосуда Н = 32 см .

Задача 24. Трение. Определите коэффициенты трения скольжения деревянной и пластмассовой линеек о поверхность стола .
Оборудование . Штатив с лапкой, отвес, деревянная линейка, пластмассовая линейка, стол.

Задача 25. Заводная игрушка. Определите энергию, запасенную пружиной заводной игрушки (машинки), при фиксированном «заводе» (числе поворотов ключа) .
Оборудование : заводная игрушка известной массы, линейка, штатив с лапкой и муфтой, наклонная плоскость.
Примечание . Заводите игрушку так, чтобы ее пробег не превышал длину стола.

Задача 26. Определение плотности тел . Определите плотность груза (резиновой пробки) и рычага (деревянной рейки), используя предложенное оборудование.
Оборудование : груз известной массы (пробка маркированная); рычаг (деревянная рейка); цилиндрический стакан (200 - 250 мл ); нить (1 м ); деревянная линейка, сосуд с водой.

Задача 27. Изучаем движение шарика .
Приподнимем на некоторую высоту над поверхностью стола шарик. Отпустим его и понаблюдаем за его движением. Если бы соударения были абсолютно упругими (иногда говорят упругими), то шарик всё время подскакивал бы на одну и ту же высоту. В действительности же, высота подскоков постоянно уменьшается. Уменьшается и интервал времени между последовательными подскоками, что явно ощутимо на слух. Спустя некоторое время подскоки прекращаются, и шарик остаётся на столе.
1 задание – теоретическое .
1.1. Определите долю теряемой (коэффициент энергетических потерь) энергии после первого, второго, третьего отскока.
1.2. Получите зависимость времени от количества отскоков.

2 задание – экспериментальное .
2.1. Прямым методом, используя линейку, определите коэффициент энергетических потерь после первого, второго, третьего удара.
Можно определить коэффициент энергетических потерь, используя метод, основанный на измерении суммарного времени движения шарика с момента его бросания с высоты H до момента прекращения подскоков. Для этого вам предстоит установить зависимость общего времени движения с коэффициентом энергетических потерь.
2.2. Определите коэффициент энергетических потерь, используя метод, основанный на измерении суммарного времени движения шарика.
3. Погрешности .
3.1. Сравните погрешности измерений коэффициента энергетических потерь в п. 2.1 и 2.2.

Задача 28. Устойчивая пробирка .

Найдите массу выданной вам пробирки и её внешний и внутренний диаметры.
Вычислите теоретически, при какой наименьшей высоте h min и наибольшей высоте h max налитой в пробирку воды она будет устойчиво плавать в вертикальном положении, и найдите численные значения, используя результаты первого пункта.
Определите h min и h max экспериментально и сравните с результатами пункта 2.

Оборудование . Пробирка неизвестной массы с наклеенной шкалой, сосуд с водой, стаканчик, лист миллиметровой бумаги, нитка.
Примечание . Отклеивать шкалу от пробирки запрещается!

Задача 29. Угол между зеркалами. Определите двугранный угол между зеркалами с наибольшей точностью .
Оборудование . Система из двух зеркал, измерительная лента, 3 булавки, лист картона.

Задача 30. Шаровой сегмент .
Шаровым сегментом называется тело, ограниченное сферической поверхностью и плоскостью. При помощи данного оборудования постройте график зависимости объёма V шарового сегмента единичного радиуса r = 1 от его высоты h .
Примечание . Формула объёма шарового сегмента не предполагается известной. Плотность воды принять равной 1,0 г/см 3 .
Оборудование . Стакан с водой, теннисный шарик известной массы m с проколом, шприц с иглой, лист миллиметровой бумаги, скотч, ножницы.

Задача 31. Снег с водой .
Определите массовую долю снега в смеси снега и воды на момент выдачи.
Оборудование . Смесь снега со льдом, термометр, часы.
Примечание . Удельная теплоёмкость воды с = 4200 Дж/(кг × °С), удельная теплота плавления льда λ = 335 кДж/кг.

Задача 32. Регулируемый «чёрный ящик» .
В «черном ящике», имеющем 3 вывода, собрана электрическая цепь, состоящая из нескольких резисторов с постоянным сопротивлением и одного переменного резистора. Сопротивление переменного резистора можно изменять от нуля до некоторого максимального значения R o с помощью регулировочной ручки, выведенной наружу.
С помощью омметра исследуйте схему «черного ящика» и, предполагая, что число находящихся в нем резисторов минимально,

изобразите схему электрической цепи, заключенной в «черном ящике»;
вычислите сопротивления постоянных резисторов и величину R o ;
оцените точность вычисленных вами значений сопротивлений.

Задача 33. Измерение электрических сопротивлений .
Определите сопротивления вольтметра, батарейки и резистора. Известно, что реальную батарейку можно представлять как идеальную, последовательно соединенную с некоторым резистором, а реальный вольтметр – как идеальный, параллельно которому включен резистор.
Оборудование . Батарейка, вольтметр, резистор с неизвестным сопротивлением, резистор с известным сопротивлением.

Задача 34. Взвешивание сверхлёгких грузов .
Определить с помощью предложенного оборудования массу m кусочка фольги.
Оборудование . Банка с водой, кусок пенопласта, набор гвоздей, деревянные зубочистки, линейка с миллиметровыми делениями или миллиметровая бумага, остро отточенный карандаш, фольга, салфетки.

Задача 35. ВАХ ЧЯ .
Определите вольт амперную характеристику (ВАХ) «чёрного ящика» (ЧЯ ). Опишите методику снятия ВАХ и постройте её график. Оцените погрешности.
Оборудование . ЧЯ, ограничивающий резистор известным сопротивлением R, мультиметр в режиме вольтметра, регулируемый источник тока, соединительные провода, миллиметровая бумага.
Внимание . Подключать ЧЯ к источнику тока в обход ограничивающего резистора строго запрещается.

Задача 36. Мягкая пружина .

Экспериментально исследуйте зависимость удлинения мягкой пружины под действием ее собственного веса от числа витков пружины. Дайте теоретическое объяснение найденной зависимости.
Определите коэффициент упругости и массу пружины.
Исследуйте зависимость периода колебания пружины от ее числа витков.

Оборудование : мягкая пружина, штатив с лапкой, рулетка, часы с секундной стрелкой, шарик из пластилина массой m = 10 г , миллиметровая бумага.

Задача 37. Плотность проволоки .
Определите плотность проволоки. Ломать проволоку не разрешается.
Оборудование : кусок проволоки, миллиметровая бумага, нить, вода, сосуд.
Примечание . Плотность воды 1000 кг/м 3 .

Задача 38. Коэффициент трения .
Определить коэффициент трения скольжения материала шпульки по дереву. Ось шпульки должна быть горизонтальна.
Оборудование : шпулька, нить длиной 0,5 м , деревянная линейка, закрепленная под углом в штативе, миллиметровая бумага.
Примечание . Во время проведения работы запрещается изменять положение линейки.

Задача 39. Доля механической энергии .
Определите долю механической энергии, теряемой шариком при падении без начальной скорости с высоты 1 м .
Оборудование : теннисный шарик, линейка длиной 1,5 м , лист белой бумаги формата А4 , лист копировальной бумаги, стеклянная пластинка, линейка; кирпич.
Примечание : при малых деформациях шарика можно (но не обязательно) считать справедливым закон Гука.

Задача 40. Сосуд с водой «черный ящик» .
«Черный ящик» представляет собой сосуд с водой, в который опущена нить, на которой закреплены два груза на некотором расстоянии друг от друга. Найдите массы грузов и их плотности. Оцените размеры грузов, расстояние между ними и уровень воды в сосуде.
Оборудование : «черный ящик», динамометр, миллиметровая бумага.

Задача 41. Оптический «черный ящик» .
Оптический «черный ящик» состоит из двух линз, одна из которых является собирающей, а другая - рассеивающей. Определите их фокусные расстояния.
Оборудование : трубка с двумя линзами (оптический «черный» ящик), лампочка, источник тока, линейка, экран с листом миллиметровой бумаги, лист миллиметровой бумаги.
Примечание . Допускается использование света удаленного источника. Приближать лампочку вплотную к линзам (то есть ближе, чем позволяют стойки) не разрешается.