Teaching physics in specialized classes by solving experimental problems

В последние годы в России, в частности в Республике Саха (Якутия), высок спрос на технические специальности. Исходя из этого, физика считается одной из базовых дисциплин технического образования. Заинтересованность родителей и обучающихся в техническом образовании возрастает ежегодно. Открывается всё больше профильных классов с углубленным изучением физики. Качества обучения по физике можно добиться, используя различные методы обучения, но наиболее эффективный способ, по нашему мнению, это ученический физический эксперимент.

Объект исследования – процесс обучения физике в условиях профильного образования.

Предмет исследования – обучение физике в профильных классах путем решения экспериментальных задач по физике.

Цель исследования – обучение физике путем решения экспериментальных задач.

Задачи:

1)     изучение передового опыта по обучению учащихся профильных классов решению экспериментальных задач по физике;

2)     классификация экспериментальных задач по видам и по темам изучения;

3)     подбор экспериментальных задач;

4)     составление технологических карт уроков по решению экспериментальных задач по физике.

Решению проблемы формирования и развития исследовательских умений учащихся школы были посвящены работы ученых В. И. Андреева, Л. И. Анциферова, В. В. Майера, В. А. Орлова, И. Г. Пустильника, В. Г. Разумовского, А. В. Усовой и ряда других известных исследователей проблем общего образования, в которых подчеркнута ценность решения экспериментальных задач как наиболее естественного процесса, связанного с изучением реальных природных явлений и способствующего разноплановому развитию учащихся. Также работы А. К. Атаманченко, И. С. Башка­товой, В. С. Бабаева, С. В. Бубликова, Э. В. Бурсиан, Е. И. Бутикова, Г. А. Бутырско­го, А. А. Давиденко, О. А. Дмитриевой, С. Е. Каменецкого, А. С. Кондратьева, Н. В. Кирюхиной, В. Н. Ланге, Л. А. Ларченковой, В. И. Лукашик, А. В. Ляпцева, А. Н. Малинина, С. С. Мошкова, В. П. Орехова, Н. М. Павлуцкой, Ю. А. Саурова, Л. В. Скоковой, В. Г. Разумовского, А. П. Рымкевич, Н. Н. Тулькибаевой, Р. Оман, Д. Оман раскрывают различные аспекты обучения решению физических задач и использования эксперимента в их постановке и решении.

Сам по себе эксперимент является неотъемлемой частью физического образования. Он выполняет несколько дидактических функций: способствует высокому интересу обучающихся к предмету, активизирует внимание обучающихся на уроках, способствует политехническому образованию, а также формирует навыки самостоятельной работы учащихся.

Физический эксперимент должен быть краток по времени, лёгок в постановке и нацелен на усвоение и отработку конкретного учебного материала. Физический эксперимент позволяет применять практические и теоретические знания и умения. Зачастую в ходе выполнения экспериментов обучающиеся принимают в активное участие. Эксперименты способствуют развитию у обучающихся умений наблюдать, сравнивать, систематизировать, обобщать, анализировать и делать выводы. Опыт показывает, что такой подход в обучении физики эффективнее, чем ответы на вопросы или работа над упражнениями в учебнике.

Отметим положительные стороны применения физического эксперимента на уроках:

1. Способствует формированию познавательной активности обучающихся на уроках. Развивается логическое мышление, дети учатся анализировать наблюдаемые явления, что заставляет их думать, собственными силами добывать знания, стремиться к активному познанию физической картины мира.
2. Убеждает на конкретных примерах, что знания, полученные на уроках, вполне применимы в быту, что с помощью школьных знаний можно предвидеть физические явления. Иными словами, книжные знания приобретают осмысленную форму.
3. Способствует приобретению исследовательских навыков, развитию творческих способностей обучающихся.
4. Формирует понятие о том, что результаты физических измерений всегда приближённые, что на их точность влияют различные факторы. Это учит ребят аккуратности, терпимости, внимательности.

На своих уроках при постановке физических экспериментов применяем простые установки. В качестве примера рассмотрим сценарий урока с использованием экспериментальных задач.

Тема урока «Скорость света».

Тип урока: проблемный.

Учебник: Мякишев Г. Я. Физика. Оптика. Квантовая физика. 11 кл. М.: Дрофа, 2005. С. 125–129. Параграф 2.1.

Приложение к уроку [1]. Определить скорость света в воде, приняв скорость света в воздухе с = 300 000 км/с.

Оборудование: стакан с водой, бумага, источник света (свеча или лампа накаливания), линейка, карандаш.

Решение. Заполним наполовину стакан водой и оклеим его по периметру бумагой, в которой вырезана узкая щель вдоль образующей стакана. На некотором расстоянии расположим источник света S так, чтобы он, центр стакана О и изображение источника В лежали на одной прямой. Очевидно, что |АО| = |ОВ| = r. Повернем стакан на некоторый угол. При этом луч света, исходящий из источника S, проходит в стакане над поверхностью воды по направлению SAD. Точка D – изображение щели на стакане над поверхностью воды (помечаем ее карандашом). Луч света, проходящий внутри стакана через слой жидкости, преломляется и дает изображение щели в точке К. Из рисунка видно, что угол α является углом падения, угол β – углом преломления. На основании закона преломления имеем: .  (углы опираются на диаметр). Из ΔADB находим, что , т. е. .

Из ΔAKB получаем: . Тогда  и, наконец, , т. е. .

Таким образом, определение скорости света в воде сводится к определению расстояний ВК и BD, т. е. смещений изображений щели по сравнению с первоначальным положением. Эти расстояния легко определить с помощью линейки.

В большинстве случаев подобные физические эксперименты побуждают обучающихся к продолжению изучения данной темы самостоятельно. Нужную информацию они добывают не только в сети Интернет, но и в учебниках и в различной научно-популярной литературе. В качестве оценивания самостоятельного труда обучающегося уделяем один урок на выступления по изучаемой теме в качестве закрепления и контроля обученного материала. Многие обучающиеся делятся прочитанным самостоятельно, интересным, на их взгляд, материалом, дополняя тем самым сказанное учителем. Иногда ребята показывают решение интересных задач, рассказывают о биографии учёных и о том, как и при каких обстоятельствах были открыты изучаемые в данное время закон или явление. Все эти факторы обусловливают ещё больший интерес к продолжению изучения темы и физики в целом. Возможно, именно поэтому за последние годы обучающиеся нашего лицея успешно участвуют на олимпиадах и все выпускники сдают ГИА в форме ЕГЭ по физике.

Исследование проходило на базе МОБУ «Технический лицей Н. А. Алексеевой» в 10–11-х классах. За время эксперимента только за 2016/2017 учебный год достигнуты следующие успехи в обучения физике (см. табл.).

Следовательно, обучение ведется для того, чтобы научившийся мог применять свои знания на практике. Поэтому важнейшим элементом обучения является практическое использование тех приборов и методов измерений, которые уже изучены учащимися.

Такие задачи позволяют учащимся реализовывать и развивать свои творческие способности, которые в других видах учебной деятельности используются в малой степени.

Результат учащихся за 2016/2017 учебный год