Лабораторная работа по измерению количества заряда. ФМФ "Ленский край", 2012

«Преподавать физику без эксперимента
невозможно и даже вредно»
 А.В.Перышкин

 

Эксперимент является одним из ведущих методов школьного курса физики. Он успешно моделирует явления, которые невозможно наблюдать непосредственно, позволяет дать заключения о степени справедливости тех или иных гипотез. Нередко эксперимент становится источником противоречий, создает на занятиях проблемные ситуации. Это случается, когда данные, полученные опытным путем, вступают в противоречие с известными физическими закономерностями [13]. Таким образом, ясно, что изучение физики может быть полноценным только при систематическом и хорошо продуманном использовании учебного физического эксперимента, т.е. когда наблюдения и опыты станут ведущими методами обучения.

Развитие учебного физического эксперимента происходило в нашей стране эволюционно, с учетом уровня методической и технической оснащенности учебного процесса. Над проблемами учебного физического эксперимента работали методисты-физики: C.B.Анофрикова [2], Л.И.Анциферов [3], E.H.Горячкин [5], О.Ф.Кабардин [6], A.A.Покровский [10], A.B.Смирнов [11] и др.

В 90-е годы XX века в нашей стране начинается активный процесс всеобщей информатизации. На сегодняшний день стало очевидно, что информатизация образования – это не только установка компьютеров в школы или подключение их сети Интернет. Это качественное изменение содержания, форм и методов работы с учащимися в предметной области физики.

Мировая учебно-техническая промышленность переходит на выпуск учебного оборудования, стыкуемого с компьютерной техникой: аналого-цифровых преобразователей и датчиков физико-химических величин и т.д.

Вопросы применения компьютерной техники в демонстрационном и лабораторном эксперименте по физике решали Р.В.Акатов [1], Е.И.Африна [4], В.В.Клевицкий [7], М.А. Петрова [8], О.А.Поваляев [9], Н.К.Ханнанов [12] и др.

В области физического эксперимента происходит постепенное развитие цифровых лабораторий. Цифровая  лаборатория  (ЦЛ) ­–  новое поколение  школьных  естественнонаучных  лабораторий,  предназначенных  для  проведения  фронтальных  и  демонстрационных  опытов в рамках общеобразовательного курса физики, а также для организации исследований и исследовательских практик учащихся.

Цифровая лаборатория не призвана заменить аналоговую лабораторию по физике. Однако использование в образовании цифровых лабораторий позволяет ученику получить представление о  смежных образовательных областях: информационные технологии;  цифровые измерительные и электронно-вычислительные устройства; математические функции и графики, математическая обработка экспериментальных данных, статистика, приближенные вычисления; методика  проведения  исследований,  составление  отчетов,  презентация проделанной работы. Эти образовательные области как никогда востребованы в связи с курсом страны на развитие высокотехнологичных производств и наукоемких технологий.

По сравнению с традиционным оборудованием, цифровые лаборатории позволяют  существенно  сократить  время  на  организацию  и проведение работ, повышают точность и наглядность экспериментов, предоставляют   большие возможности по обработке и анализу полученных данных.

Оснащение школ республики подобными лабораториями идет медленно,  в связи с пока еще высокой стоимостью оборудования и нехваткой педагогических кадров, способных с ним работать.

С 15 декабря 2011 года в ГБОУ «Физико-математический форум «Ленский край» Министерства образования РС(Я) реализуется проект «Школьный технопарк», который объединяет 5 лабораторий: «Лаборатория учебно-технологического практикума», «Лаборатория дистанционного зондирования Земли», «Лаборатория конструирования и программирования роботов», «Лаборатория цифровых измерений по химии», «Лаборатория цифровых измерений по физике».  Таким образом, учащиеся школ республики имеют возможность заниматься в этих лабораториях.

Для изучения потребности школьников в данном элективном курсе был проведен констатирующий эксперимент. Всего в эксперименте участвовали 105 учащихся 10-11 классов 22 школ Хангаласского, Намского, Томпонского, Горного, Чурапчинского, Таттинского, Усть-Алданского, Мегино-Кангаласского районов и города Якутска. Эксперимент проводился на базе Физико-математического форума «Ленский край». Школьникам предлагалось ответить на 3 вопроса.

На вопрос «Проводится ли у Вас в школе учебный физический эксперимент?», 67,6% учащихся (71 чел.) подтвердили, что в их школах проводится физический эксперимент. 32,4% (34 чел.) указали, что УФЭ в их школах не проводится.

После демонстрации возможностей цифровой лаборатории «AFS», которым был оснащен ФМФ «Ленский край»,  89,5% учащихся (94 чел.) заинтересовались компьютеризированным экспериментом по физике. А у 10,5% опрошенных (11 чел.) цифровой эксперимент не произвел впечатления.

На вопрос «Будет ли твоя будущая профессия связана с физикой?» положительный ответ выдали 90,4% учащихся (94 чел.), а 9,6% не связывают свою будущую профессию с физикой.

Констатирующий эксперимент выявил слабую реализацию УФЭ в школах республики, потребность опрошенных школьников в компьютеризированном УФЭ, а также в изучении физики на более высоком, профильном уровне.

Исходя из этого, была разработана программа профильного элективного курса и сценарии занятий. Курс был рассчитан на 18 часов. Программа курса была разделена на 4 модуля, переход между модулями происходил последовательно. Первый модуль назывался «Измерения в физике». В этом модуле школьники знакомились с прямыми и косвенными физическими измерениями, учились находить погрешности, оценивать результаты измерения различными методами и их представлять. Второй модуль назывался «Цифровое физическое измерение», где учащиеся знакомились с новым видом физического измерения, познавали его принцип, использовали в своей работе аппаратно-программный комплекс цифровой лаборатории «AFS». Третий  модуль «Эксперимент и дизайн проектов» был посвящен основам методики проведения экспериментов и проектированию.  Четвертый модуль «Работа над проектом» являлся самым продолжительным, и основная работа происходила в микрогруппах.  Данный курс относится к виду: профильный. Тип: элективные курсы изучения физических методов познания природы.

Также специально для данного курса была разработана и отпечатана рабочая тетрадь слушателя курса со справочными материалами и контрольно-измерительные материалы для кратковременных самостоятельных работ по окончании каждого образовательного модуля.  Для слушателей курса был развернут компьютерный класс на 6 рабочих мест с электронными учебниками и с доступом в Интернет, работала библиотека.

Педагогический эксперимент проводился на базе Государственного бюджетного образовательного учреждения «Физико-математический форум «Ленский край» Министерства образования Республики Саха (Якутия) (с.Октемцы Хангаласского района) с 18 по 20 марта 2012 года. Суть педагогического эксперимента заключалась в апробации элективного курса «Физический эксперимент: цифровое измерение и обработка данных».

В эксперименте участвовали 12 учащихся 10 «а» и 10 «б» классов Муниципального общеобразовательного бюджетного учреждения «Саха гимназия» ГО «Город Якутск».

Проведен 1 входной контроль в форме кратковременной самостоятельной работы на проверку базовых знаний по физическому измерению. Средний показатель выполнения заданий входного контроля составил 28%, что является низким показателем. По окончанию каждого учебного модуля проведен текущий контроль на проверку остаточных знаний также в форме кратковременной самостоятельной работы. Всего проведено 3 самостоятельных работы. Средний показатель правильного выполнения всех самостоятельных работ составил 54%, что демонстрирует усвоение теоретической части программы элективного курса на достаточном уровне.

В течение 4 модуля проектными группами из числа участников педагогического эксперимента были подготовлены 6 проектов: «Работа с датчиком относительной влажности», «Статическое электричество. Исследование зависимости заряда человеческого тела от скорости движения и касаемого им материала», «Исследование освещенности в учебных аудиториях ФМФ «Ленский край», «Использование Video Physics для исследования динамических процессов», «Выявление мест с относительно высокой радиацией на территории ФМФ «Ленский край», «Исследование зависимости частоты сердечных сокращений (пульса) от давления звука музыки».

После окончания 4 модуля проведена экспертная оценка проектов по 8 критериям. Учитывались: уровень творческого подхода к делу, к выбору темы исследования; умение учащегося грамотно ставить проблему, подчеркивать актуальность исследования; умение работать с научно-методическими источниками; владение методикой проведения эксперимента, учет погрешностей; обоснованное использование таблиц, графиков, использование в работе ПО «Logger Pro»; умение выделять главное, формулировать выводы; внятная речь, убедительность, уверенность; умение отвечать на вопросы.

Учащиеся в рамках учебных модулей и в процессе исследовательской деятельности расширили и углубили свои знания по физике, справились с защитой проектов, так как работы выполняли самостоятельно от начала до конца. Средний балл по 8 критериям экспертной оценки проектов составил 7,3, что говорит об усвоении программы элективного курса на хорошем уровне.

 

Список использованной литературы:

  1. Акатов Р.В. Компьютер для учебного физического эксперимента [Текст]: Учебное пособие / Р.В.Акатов. – Глазов: ГГПИ, 1995. — 94 с.
  2. Анофрикова C.B. Методическое руководство по разработке фрагментов урока с использованием учебного физического эксперимента [Текст]: учеб. пособие / C.B.Анофрикова, Л.А.Прояненкова. — Астрахань: Изд-во Астрах. Ун-та, 2005 — 76 с. (4,5 п.л., авторских — 3,3 п.л., 70%). Гриф УМО по специальностям педагогического образования.
  3. Анциферов Л.И., Пищиков И.М. Практикум по методике и технике школьного физического эксперимента [Текст] / Л.И.Анциферов, И.М.Пищиков. — М.: Просвещение, 1984. — 254 с.
  4. Африна Е.И. Использование телекоммуникаций в исследовательской работе учащихся [Текст] / Е.И.Африна // Материалы Всероссийской конференции «Информатика и информационные технологии в педагогическом образовании» (Красноярск, 13-15 ноября 1997). — Красноярск, 1997. — С. 36-38.
  5. Горячкин E.H., Иванов С.И., Покровский A.A. Руководство к практикуму по методике и технике школьного физического эксперимента [Текст] / E.H.Горячкин, С.И.Иванов, A.A.Покровский. — М., 1940.-320 с.
  6. Кабардин О.Ф., Орлов В.А. Экспериментальные задания  по физике. 9-11 классы. Учебное пособие для общеобразовательных учреждений. –М: Вербум, 2001. – 208 с.
  7. Клевицкий В.В. Учебный физический эксперимент с использованием компьютера как средство индивидуализации обучения в школе: Дис. канд. пед. наук: 13.00.02: М., 1999. — 247 c.
  8. Петрова М.А. Применение цифровых лабораторий в учебном физическом эксперименте в общеобразовательной школе: диссертация … кандидата педагогических наук : 13.00.02 / ПетроваМария Арсеньевна; [Место защиты: Моск. пед. гос. ун-т] Москва, 2008 260 c.: 61 08-13/214
  9. Поваляев O.A., Объедков, Е.С. Перспективы использования компьютерного лабораторного комплекса в преподавании физики в школе [Текст] / O.A.Поваляев, Е.С.Объедков // Материалы конференции «Образование-94». — Москва, 1994. — С. 42.
  10. Покровский А.А. Развитие школьного физического эксперимента и приборостроения.- Физика в школе, 1967, С.6-17.
  11. Смирнов A.B., Рыльков С.А., Степанов С.В. Школьный физический кабинет [Текст] : Учебное пособие / A.B.Смирнов, С.А.Рыльков, C.B.Степанов. — М.: Прометей, 1992. — 120 с.
  12. Ханнанов Н.К. Цифровая лаборатория «Архимед». Методические материалы к цифровой лаборатории по физике. – М.: ИНТ. – 212 с.
  13. Шовкопляс И.В. Физический эксперимент как одно из основных средств развития творческих способностей учащихся // Имидж. – 2005. ­– №4. ­– С. 53-55

Файлы для загрузки