Экспериментальные задачи

На начальном этапе обсуждения теоретического материала, по мере необходимости, используются простейшие экспериментальные задачи для коррекции формируемой в сфере сознания информации. По мере увеличения объёма осознанной информации появляется возможность организации более сложных мыслительных операций, где путём анализа и синтеза известных фактов и событий формируются новые понятия. На этом этапе эксперимент используется для формирования проблемы. При обсуждении законов динамики был поставлен эксперимент, когда на двухметровом рельсе, установленном горизонтально, демонстрировалось столкновение двух одинаковых по массе стальных шаров. Опыт повторялся в разных вариантах. Далее перед учениками ставился вопрос:

«По III закону Ньютона шары действуют друг на друга с равными по модулю силами, массы равны, следовательно, модули ускорений тоже равны. Похоже и конечные скорости, как результат взаимодействия должны быть одинаковыми? Однако при каждом опыте мы получаем разные результаты».

Через некоторое время одним из учеников был дан ответ: «От силы зависит ускорение, а не скорость». На просьбу аргументировать ответ, ученик дал объяснение, смысл которого сводился к следующему:

Если V₀ = 0, то , т.к. – постоянная величина при

равноускоренном движении, то конечная скорость зависит от интервала времени (Dt) взаимодействия.

Далее в ходе обсуждения было выяснено, что время взаимодействия шаров одно и то же, что, в свою очередь, якобы подтверждало выдвинутое ранее предположение относительно равенства конечных скоростей.

Образовались две полярные точки зрения: одна – силы, массы, ускорения и время равны, следовательно, конечные скорости должны быть равными. Другая связана с результатами эксперимента. В такой ситуации появляется возможность повысить эмоциональное напряжение, или, как говорится, «разжечь страсти». Исчезает равнодушие, концентрируется внимание. В попытках отстоять ту или иную точку зрения ученики приближаются к истине или отходят от неё, но в том и другом случаях они вынуждены выходить за рамки поставленной цели, манипулировать информацией, извлекаемой из памяти, использовать свой опыт в анализе наблюдаемых событий на пути синтеза нового понятия. В итоге в сознании тех и других возникает, оставляет след истинный путь к цели.

Далее события развивались следующим образом. Ученик, высказывания которого приводились выше, не желая быть поверженным в своих убеждениях, предложил следующее доказательство своей правоты:

т.к. m₁=m₂ и время одно и то же, то V₁–V₀₁ = –V₂+V₀₂, если V₀₁≠V₀₂, то V₁≠V₂, т.е. конечные скорости будут разными.

Торжество в глазах ученика и затихший класс, ожидающий реакции учителя. Ученик в своих рассуждениях, по сути, самостоятельно пришёл к закону сохранения импульса, о котором до этого не имел представления. Оставался один шаг до окончательного формирования понятия. Упускать такой момент было нельзя. Если на уроках обсуждения материала физический эксперимент необходим для организации у детей более сложных мыслительных процессов, ибо мышление в действительности идёт от реальных образов и событий к теоретическому в форме понятий, то на уроках практического применения знаний роль и смысл физического эксперимента несколько меняется. На этих уроках учащиеся должны использовать свои знания для самостоятельного обоснования и организации эксперимента с целью проверки идеи или решения практической задачи. Такие задачи чаще даются вместе с теоретическими с правом выбора для ученика той или иной задачи.

Экспериментальные задачи весьма разнообразны по содержанию и могут преследовать различные учебные цели. В качестве примера три задачи:

Задача 1. Каждому ученику даётся отрезок медной проволоки малого сечения и предлагается определить её сопротивление, используя только личные учебные принадлежности (тетрадь, ручку, линейку и т.д.).

Задача 2. Сконструируйте прибор (предложите конструкцию), позволяющий определить силу нормального давления на плоскость при разных углах наклона.

Задача 3. Под стеклянный сосуд с плоским дном, заполненный водой, поместить рисунок, изображение которого наблюдать через линзу, меняя её положение относительно сосуда. Затем опустить линзу в воду и вновь повторить наблюдение, меняя положение линзы вместе с сосудом относительно рисунка. Результаты наблюдений объяснить.

Первая задача относится к категории задач, разрушающих стереотип мышления. Вторая задача, в которой формируемый в сознании образ может быть воплощен в реальный, развивает образное мышление, третья – задача-иллюстрация, развивающая логическое мышление.

Кроме экспериментальных задач во второй половине учебного года предлагается ряд практических работ, направленных на реализацию различных учебных задач.

Так, теоретический материал 9 класса очень удобен для обучения учащихся самостоятельной постановке эксперимента. Перед ними ставится какая-либо задача, например, определить (исследовать) коэффициент трения скольжения. Ученикам известно, что трение возникает между поверхностями движущихся относительно друг друга тел. Поэтому работу начинают с выбора наиболее вероятных движений тел: равномерного или равноускоренного, горизонтального или под углом к горизонту. Выбор делается учащимися без помощи учителя. После чего они самостоятельно получают математическую модель выбранного движения (рис. 10.6).

Например: если то

x) 0 = -F_ТР + F, F = F_ТР.

y) 0 = -mg + N, N = mg.

F = mmg;

по итоговой формуле определяют средство измерений (динамометр) и возможные материалы, необходимые для постановки эксперимента. Учитель обеспечивает учащихся всем необходимым, затем они приступают к работе. Оформляют отчёт, рассчитывают погрешность, анализируют работу. Некоторые учащиеся при этом по неопытности выбирают более сложный вариант: ускоренное движение по горизонтальной или наклонной поверхности или равномерное движение по наклонной поверхности. Получив более сложные формулы для определения коэффициента трения, определяющие, в свою очередь, более сложный характер измерений и, поняв нерациональность избранного метода, переходят к более простому. Есть и такие учащиеся, которые выбранный ими метод не меняют. Если эту работу ученики должны были начать, опираясь на мысленный образ или на теоретические представления, то следующая работа поставлена с опорой на реальный образ.

Наблюдая за движением конического маятника (рис. 10.2), нужно было найти способ определения центростремительного ускорения. При построении математической модели реального движения было получено два результата:

1.

2. x)

y)

При обсуждении результатов учащиеся быстро пришли к мысли о нецелесообразности такой постановки работы, ибо в том и в другом вариантах есть трудноизмеримые, к тому же не постоянные величины (R и H).

В дальнейшем материал этой работы был использован для вывода самими учащимися формулы периода колебаний нитяного маятника в разделе «Механические колебания». Взамен конического маятника им был предложен прибор иной конструкции, позволяющий исследовать зависимость силы, удерживающей тело на окружности, от его линейной скорости и радиуса траектории, прибор, позволяющий довольно качественно определить все параметры вращательного движения.

Каждая подобная работа имела свои особенности, которые обогащали опыт учащихся в разработке и постановке эксперимента. Общая особенность этих работ в следующем: полная самостоятельность в разработке и проведении, осознанный выбор рационального метода реализации эксперимента.

Работы, выполняемые в следующих классах, направлены на развитие исследовательских навыков, навыков относительно точных измерений малых величин, совершенствование оценки различных методов измерений одних и тех же величин, оценку роли конструктивных особенностей экспериментальной установки в получении результатов измерений.

Для экономии времени выполнения таких работ они снабжены подробными инструкциями. Чтобы проведение работ не превратилось в пародию на достижение поставленной цели, необходим более высокий уровень их постановки, чем рекомендуемый в методической литературе. Необходимы приборы более качественной конструкции, доступной для понимания учащихся.

Поиск по сайту: