Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе
Е.
В. ЕрмаковаБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Ермакова
Е.
В. Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2013. – № 3 (март). – С.
66–70. – URL:
http://e-koncept.ru/2013/13058.htm.
Аннотация. В статье рассматривается применение задач при проведении лабораторных занятий по физике в вузе.
Ключевые слова:
лабораторные занятия, физическая задача, задачи сопровождения, этапы проведения лабораторных занятий.
Текст статьи
Ермакова Елена Владимировна,кандидат педагогических наук, доцент кафедры теории и методики преподавания физики, технологии и предпринимательства ФГБОУ ВПО «Ишимский государственный педагогический институт им. П. П. Ершова, г. ИшимErmakowaEl@mail.ru
Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе
Аннотация.В статье рассматривается применение задач при проведении лабораторных занятий по физике в вузе.Ключевые слова:лабораторные занятия, физическая задача, задачи сопровождения, этапы проведения лабораторных занятий.
Изучение физики невозможно без лабораторных занятий. На лабораторном занятии лучше всего решаются вопросы интеграции знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков, формируются такие важные профессиональные и личностные качества студентов, как самостоятельность, активность, умение аналитически мыслить, переносить усвоенные способы действий в новые ситуации и т.п. Распространены следующие методы организации лабораторных занятий в вузах: фронтальные (когда все студенты выполняют одну и ту же работу), циклические (когда согласно графику студенты выполняют работы, разные по содержанию, но одной тематики), поточные, индивидуальные (система отдельных работ). Изучение литературы позволяет утверждать, что процесс выполнения лабораторной работы разделяют на три, четыре, пять или шесть действий (стадий или этапов) [1, 2]. Мы будем придерживаться процесса выполнения лабораторной работы, состоящего из четырех действий.1.Предварительная подготовка.2.Эксперимент.3.Обработка результатов эксперимента, оценка погрешностей, обобщение результатов с целью получения выводов по работе, составление и написание краткого отчета.4.Защита лабораторной работы. Каждое действие деятельности по выполнению лабораторных работ есть отдельная совокупность операций, подчиненная определенной цели.Остановимся подробнее на предварительной подготовке к лабораторным занятиям.Подготовка является важнейшим этапом лабораторного занятия, как и любой деятельности студентов в учебном процессе. Чтобы исследовать какоелибо явление или провести его опытную проверку, необходимо четко представлять себе поставленную задачу, взаимосвязь с другими явлениями и измеряемыми величинами; знать, какие величины и при помощи каких приборов можно получить опытным путем, какие путем расчетов и вычислений, а какие взять из таблиц. Студент должен составить образ той деятельности, которую ему предстоит осуществить при выполнении эксперимента. Результативность выполнения экспериментов определяется глубиной и осознанностью представления о той работе, которую он планирует для осуществления эксперимента, т.е. умения прогнозировать результаты, составлять план предстоящей деятельности, план верификации результатов и т.д.При подготовке деятельности, направленной на решение какойлибо задачи, выполнение работы, как минимум, необходимы либо опыт в решении (выполнении) аналогичных задач (действий), либо знакомство с примерами решения такого типа задач. В большинстве случаев студенты, готовящиеся дома самостоятельно к проведению лабораторных работ, ничего этого не имеют. Хотя в пособиях для лабораторных занятий и утверждается, что на занятиях предоставляется максимальная самостоятельность, в действительности рекомендуемая в них методика выполнения предполагает работу по готовым инструкциям и студентам остается лишь строго следовать имеющимся указаниям.По нашему мнению, инструкции к лабораторным занятиям должны быть различными по содержанию. Студент должен понимать, что методическое описание это только основа для выполнения работы, что навыки экспериментирования зависят не от качества описания, а от отношения студента к работе и что формально, бездумно проведенные измерения это потраченное впустую время.Относительно того, когда следует спрашивать теоретический материал, существует несколько точек зрения. Первая предлагает во время предварительного опроса студента выяснить теоретические знания по содержанию лабораторной работы со всеми математическими выкладками, а по окончании работыпроверить результат, задать одиндва вопроса по методике работы, устройству и действию приборов и считать работу законченной. Другая точка зрения состоит в том, что предварительный опрос может касаться только смысла работы, методики ее проведения, а после выполнения экспериментальной работы студент должен отвечать по теории с предоставлением результата.И в том, и в другом случае приходится сталкиваться с тем фактом, что при нефронтальном ведении лабораторных занятий студенту может быть незнаком теоретический материал, используемый для толкования физического явления. Поэтому более эффективен первый метод. Заметим, что когда студент отчитывается в знании теоретического материала до выполнения лабораторной работы, а не после, у него не появляется стремления затянуть ее сдачу.Теоретическую подготовку студентов к лабораторному занятию чаще проводят путем устной кратковременной беседы. Студенту задается до пяти вопросов по устройству приборов, установке и выполнению работы. По нашему мнению, за такой короткий срок нельзя выявить степень подготовки каждого студента к работе, тем более двухтрех человек. Некоторые преподаватели практикуют собеседования со студентами во время выполнения работы. В таких случаях часто бывает, что студент уже успел выполнить часть работы, пока преподаватель обнаружил, что он не подготовлен. В результате подобного выполнения работ студент лишь поверхностно знакомится с устройством приборов, их достоинствами и техникой эксперимента.На этапе подготовке к лабораторному занятию предлагаемиспользовать задачи.Доказано, что решение задач составляет неотъемлемую часть полноценного изучения предмета (в частности, физики) на любом уровне. В процессе решения задач проявляются основные закономерности мыслительной деятельности. При введении новыхпонятий постановка задач способствует возникновению потребности в знаниях и в усвоении способов их добывания. О степени усвоения физических понятий можно судить по умению сознательно их применять для анализа конкретных физических явлений в процессе решения задач.Решение задач позволяет лучше понять и запомнить основные законы физики, воспитывает способность применять общие теоретические закономерности к отдельным конкретным случаям. В этом случае решение задач один из методов обучения физике, на которомидет не изучение законов, формул, графических зависимостей, расчетов и т.п., но активное применение их, обучение анализу в конкретных физических ситуациях.Задачамисопровождениямибудем называть задачи, ориентированные на понимание сущности лабораторнойработы, приближенные как можно ближе к реальной практической деятельности на лабораторном занятии. Это задачи, в процессе решения которых предполагается выявление физической сущности объектов, явлений (процессов) лабораторной работы, их взаимосвязи и взаимодействия.Учитывая, что деятельность студентов на лабораторном занятии состоит из четырех основных действий, задачисопровождения можно разделить на следующие основные группы:задачи по предварительной подготовке к лабораторной работе;задачи по проведению эксперимента;задачи по обработке результатов эксперимента;задачи контроля и самоконтроля.Задачи по предварительной подготовке, на наш взгляд, организуют познавательную деятельность студентов, готовящихся к лабораторной работе. Они помогают студентам из большого объема теоретического материала выделить необходимый. Задачи, предлагаемые здесь, воспроизводят ту физическую ситуацию, которая потом создается в эксперименте. Решение этих задач поможет студентам сделать вывод рабочей формулы, установить теоретически зависимость между величинами, подвергающуюся экспериментальной проверке.Среди них можно выделить:
задачи, позволяющие подойти к изучаемому явлению, помогающие вскрыть исследуемые закономерности;
задачи на воспроизведение или получение расчетной формулы;
задачи, на объяснение явлений и процессов, наблюдаемых в ходе работы;
задачи по проверке теоретического материала.Например, к данной группе относим следующую задачу, предлагаемую в работе «Определение удельной теплоты парообразования воды калориметрическим методом»:Для определения удельной теплоты парообразования воды пар при температуре 373К ввели в алюминиевый калориметр массой 52 г, содержащий 0,25кг воды при температуре 282 К. После пропускания пара в калориметре оказалось 0,259кг воды стемпературой 303 К. Вычислить по полученным данным удельную теплоту парообразования воды. Эта задача дает студенту расчетную формулу, используемую в работе и порядок действий по определению удельной теплоты парообразования воды.К этой группе отнесем и задачи, которые требуют объяснить некоторые явления, наблюдаемые в ходе работы, например, в этой же лабораторной работе предлагается задача: «Стоящую на горячей плитке колбу с небольшим количеством кипящей воды закрывают резиновой пробкой с трубкой, опущенной в стакан с холодной водой. Затем горячую плитку заменяют холодной. Примерно через полминуты холодная вода из стакана с шумом устремляется в колбу и заполняет ее. Объясните, почему».Задачи на объяснение явлений, наблюдаемых в ходе работы, чаще всего качественные, т.е. не всегда требуют знания математических зависимостей.Задачи по проведению эксперимента (вторая группа) позволяют:осмыслить метод измерения;спланировать эксперимент;наметить порядок проведения измерений;обосновать применение соответствующих приборов и устройств.Задачи третьей группы задачисопровождения по обработке результатов эксперимента дают возможности для уточнения результатов измерений; для оценки погрешности физических измерений; для представления результатов измерений в удобной для восприятия форме. Они позволяют сравнительно быстро и своевременно исправлять допущенные в вычислениях ошибки. Четвертая группа задач самая объемная группа задачсопровождения используется для контроля знаний студентов и для самоконтроля. Это и задачи, активизирующие поиск новых путей для решения проблемы; и задачи, устанавливающие связь между разделами курса физики; задачи иллюстрирующие применение изучаемых явлений, процессов в технике, медицине и т.д.Задачи контроля и самоконтроля помогают дифференцировать знания каждого студента, углублять их. Студент обнаруживает связи между элементами задачи и лабораторной работы, чему способствует активизация необходимых знаний.Например, лабораторная работа «Проверка законов колебания математическогомаятника и определение ускорения силы тяжести с помощью математического маятника» содержит задачу: Задача:«Как можно использовать график экспериментальной зависимости между периодом колебаний математического маятника и его длиной для определения ускорения свободного падения?»Задачи для защиты лабораторных работ более сложные, требуют использования знаний нескольких тем курса физики. Их решение направлено на формирование у студентов важных мыслительных функций (анализ, синтез, обобщение и т.д.)Таким образом, инструкция к лабораторной работе может выглядеть следующим образом (самый подробный вариант)[3].
Определение абсолютной и относительнойвлажности воздуха разными способами
Цель работы:научиться определять абсолютную и относительную влажность воздуха с помощью психрометра Ассмена.Приборы и материалы:термометр, психрометр Ассмена.Вопросы для самоконтроля1.
Дать определения: влажности воздуха, абсолютной влажности воздуха, относительной влажности воздуха, точки росы, парообразования, насыщенного пара, температуры, термодинамического равновесия.2.
Какое давление называется парциальным? Сформулируйте закон Дальтона.3.
Что означает выражение «Относительная влажность воздуха 45 %?»4.
Какие физические явления наблюдаются в работе? Объясните ход работы.5.
Как повысить влажность в комнате?6.
Объясните механизм выпадения росы, образования инея.7.
Почему сильная жара труднее переносится в болотистых местностях?8.
Объясните причину появления тумана по вечерам вблизи водоемов.Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, имеет важнейшее значение для процессов, происходящих в атмосфере. Оно оказывает большое значение и влияние на жизнь растений и животных.Водяной пар, находящийся в воздухе, изменяется как по количеству содержания его в воздухе, так и посостоянию насыщения.Содержание водяного пара в воздухеего влажностьхарактеризуется рядом величин.Абсолютная влажность еколичество водяного пара, находящегося в 1 м3воздуха в момент наблюдения.Абсолютной влажностью называют также давление (упругость или плотность) водяного пара в момент наблюдения.
Относительная влажность rесть отношение количества водяного пара, действительно находящегося в воздухе к максимально возможному количеству водяного пара при данной температуре.
,(1)где rотносительная влажность, еабсолютная влажность (упругость водяного пара, находящегося в воздухе), Емаксимально возможная упругость пара при данной температуре.Или, относительная влажностьэто отношение давления (или плотности) водяного пара при данной температуре к давлению (плотности) насыщенного пара при той же температуре:
.(2)Относительная влажность дает представление о степени насыщения воздуха водяными парами.Задачи для подготовкиКак изменяется абсолютная и относительная влажность воздуха при его нагревании? От каких факторов зависит точность определения относительной влажности?Найти массу воздуха, содержащегося в комнате объемом 200 м3при температуре 25ºС, если относительная влажность воздуха 50%,r0= 23·103кг/м3.Относительная влажность воздуха 80%, а температура 17ºС. Какова абсолютная влажность воздуха? Относительная влажность воздуха при температуре 22°С составляет 100%. Какое количество водяного пара содержится в 1 м3воздуха при этом условии?В комнате объемом 50 м3содержится 0,606 кг водяного пара при температуре 30°С. Какова относительная влажность воздуха? При каком условии относительная влажность воздуха может увеличиться, несмотря на уменьшение абсолютной влажности?
Ход работыПсихрометр Ассмена состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных в специальной оправе. Шарик одного из термометров обвязан батистом, который смачивают дистиллированной водой. Со смоченной поверхности батиста на термометре идет испарениеводы, интенсивность которого зависит от влажности окружающего воздуха. Чем больше недостаток насыщения водяными парами в окружающем воздухе, тем интенсивнее будет происходить испарение с батиста, и тем ниже будет показание смоченного термометра, так как на испарение затрачивается тепло. Следовательно, разность показаний сухого и влажного термометров зависит от относительной влажности воздуха.В психрометре скорость обтекания воздуха около смоченного шарика термометра всегда постоянна. Это достигается при помощи вентилятора. Кроме того, в психрометре Ассмена оба термометра укреплены в особой металлической оправе, предохраняющей термометры от действия солнечной радиации. Смачивание термометра проводят с помощью резиновой груши или пипетки. Это нужно делать так, чтобы вода не попала на левый термометр. 1.Смочить влажный термометр и завести вентилятор на 34 оборота.2.Снять показания влажного и сухого термометров на 34 минуте после включения вентилятора.3.Найти разность между показаниями сухого и влажного термометров.4.Опыт повторить не менее 4х раз. С помощью таблицы 2найти относительную влажность. Результаты занести в таблицу 1.Таблица 1
№t1, 0C(сух)t2, 0CDt=t1t2,0Cr,%rср, %1
2
3
Таблица 2Таблица для определения относительной влажности
Показания сухого термометраРазность показаний сухого и влажного термометровК°С0123456789101127301008263452811
11008365483216
21008468513620
3100846954392410
4100857056422814
27851008672584532196
610086736047352310
710087746149372614
8100877563514028187
91008876645342312111
2831010088766554443424144
1110088776656463626178
12100897868574838292011
131008979695949403123146
141009079706051423325179
288151009080716152443627125
16100908171625445373022158
171009081726455473932241710
181009182736456484134262013
191009182746558504335292215293201009183746659514437302418
211009183756760524639322620
221009283766861544740342822
231009284766961554842363024
241009284776962564943373126298251009284777063575044383327
261009285787164585145403429
271009285787165595247413630
281009385787265595348423732
291009386797266605449433833303301009386797367615550443934
Задачи по проведению эксперимента и обработке результатов экспериментаКакова влажность воздуха, если сухой и смоченный термометры психрометра показывают одинаковую температуру? Влажный термометр психрометра показывает 10°С, а сухой 14°С. Найти относительную влажность и давление насыщенного пара. Пользуясь психрометрической таблицей, укажите, при каком условии могут совпадать показания влажного и сухого термометра? Как будут изменяться показания влажного термометрапсихрометра при уменьшении влажности? Задачи по проведению эксперимента и обработке результатов экспериментаНайти относительную влажность воздуха по показаниям сухого и влажного термометра психрометра, равных соответственно 29 и 22°С; 15 и 9°С; 25 и 21°С; 20 и 18°С. Сравнить полученные значения относительной влажности с результатами отсчетов по гигрометру Ламбрехта, если указываемые им значения температуры точек росы в те же моменты и в том же месте соответственно равны 18; 2; 19; 17°С. Какую конструкцию гигрометра вы могли бы предложить и изготовить самостоятельно вместо гигрометра, используемого в настоящей работе?Найти относительную влажность воздуха в комнате при температуре 180С, если точка росы 100С. В каком случае «точка росы»становится «точкой инея»?Задачи контроля и самоконтроляПо данным лабораторной работы определите массу водяного пара в помещении кабинета. Используя комнатный бытовой термометр, кусочек льда и стакан с водой, определите относительную влажность воздуха в помещении. Объясните наблюдаемые во время опытов явления.Определите массу водяного пара в помещении, имея психрометр, метровую линейку и справочник.Относительная влажность в комнате при температуре 16°С составляет 65%. Как она изменится при понижении температуры воздуха на 4 К, если давление насыщенного водяного пара останется прежним? При 20°С относительная влажность воздуха составила 60%. Сколько воды в виде росы выделится из каждого кубического метра воздуха, если температура понизилась до 8°С? Смешали V1=1м3 воздуха с относительной влажностью r1=20% и V2=2 м3 воздуха с относительной влажностью r2=30%. При этом обе порции были взяты при одинаковых температурах. Смесь занимает объем V=3 м3. Определить относительную влажность.Смешали V1=1м3 воздуха с относительной влажностью r1=20% и V2=2 м3 воздуха с относительной влажностью r2=30%. При этом обе порции были взяты при одинаковых температурах. Смесь занимает объем V=3 м3. Определить относительную влажность.В комнате объемом 50 м3 относительная влажность воздуха 40%. Если испарить дополнительную воду массой 60 г, то относительная влажность будет равной 50%. Какой при этом будет абсолютная влажность воздуха?
Лабораторные занятия делают знания студентов более глубокими, знакомят их с экспериментальным методом исследования в науке, помогают формированию измерительных навыков и умений. Задачи же помогут при подготовке к лабораторной работе, помогут углубить знания студента, полученные им на лабораторных занятиях.
Ссылка на источники1.Темиркулова Н.И. Методические основы применения ЭВТ на лабораторных и практических занятиях курса общей физики (на примере технического вуза): дис…. канд. пед. наук. Челябинск: ЧГПИ, 1992. 227с.2.Мелешина А.М., Гарунов М.Г., Семакова А.Г. Как изучать физикоматематические дисциплины в вузе: советы студентам младших курсов. Воронеж: Издво ВГУ, 1988. 208 с.3.Ермакова Е.В. Методические рекомендации к лабораторным занятиям по курсу общей физики (молекулярная физика и термодинамика).Ишим: ИздвоИГПИим. П.П. Ершова, 2003.60 с.
ErmakovaElena,theCandidateofScience(Pedagogics), theassociateprofessoroftheChairofTheoryandMethodsofTeachingPhysics, Technology and Business of the Ishim Ershov State Teachers Training Institute, IshimErmakowaEl@mail.ruTasks in preparation for laboratory studies in physics at the Pedagogical UniversAbstract.In the artibe the tasks application in laboratory studies in physics at the Univers.Keywords:laboratory studies, physical task,maintenance tasks, phasec of the laboratory exercises.
Рекомендовано к публикации: Горевым П. М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»
Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе
Аннотация.В статье рассматривается применение задач при проведении лабораторных занятий по физике в вузе.Ключевые слова:лабораторные занятия, физическая задача, задачи сопровождения, этапы проведения лабораторных занятий.
Изучение физики невозможно без лабораторных занятий. На лабораторном занятии лучше всего решаются вопросы интеграции знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков, формируются такие важные профессиональные и личностные качества студентов, как самостоятельность, активность, умение аналитически мыслить, переносить усвоенные способы действий в новые ситуации и т.п. Распространены следующие методы организации лабораторных занятий в вузах: фронтальные (когда все студенты выполняют одну и ту же работу), циклические (когда согласно графику студенты выполняют работы, разные по содержанию, но одной тематики), поточные, индивидуальные (система отдельных работ). Изучение литературы позволяет утверждать, что процесс выполнения лабораторной работы разделяют на три, четыре, пять или шесть действий (стадий или этапов) [1, 2]. Мы будем придерживаться процесса выполнения лабораторной работы, состоящего из четырех действий.1.Предварительная подготовка.2.Эксперимент.3.Обработка результатов эксперимента, оценка погрешностей, обобщение результатов с целью получения выводов по работе, составление и написание краткого отчета.4.Защита лабораторной работы. Каждое действие деятельности по выполнению лабораторных работ есть отдельная совокупность операций, подчиненная определенной цели.Остановимся подробнее на предварительной подготовке к лабораторным занятиям.Подготовка является важнейшим этапом лабораторного занятия, как и любой деятельности студентов в учебном процессе. Чтобы исследовать какоелибо явление или провести его опытную проверку, необходимо четко представлять себе поставленную задачу, взаимосвязь с другими явлениями и измеряемыми величинами; знать, какие величины и при помощи каких приборов можно получить опытным путем, какие путем расчетов и вычислений, а какие взять из таблиц. Студент должен составить образ той деятельности, которую ему предстоит осуществить при выполнении эксперимента. Результативность выполнения экспериментов определяется глубиной и осознанностью представления о той работе, которую он планирует для осуществления эксперимента, т.е. умения прогнозировать результаты, составлять план предстоящей деятельности, план верификации результатов и т.д.При подготовке деятельности, направленной на решение какойлибо задачи, выполнение работы, как минимум, необходимы либо опыт в решении (выполнении) аналогичных задач (действий), либо знакомство с примерами решения такого типа задач. В большинстве случаев студенты, готовящиеся дома самостоятельно к проведению лабораторных работ, ничего этого не имеют. Хотя в пособиях для лабораторных занятий и утверждается, что на занятиях предоставляется максимальная самостоятельность, в действительности рекомендуемая в них методика выполнения предполагает работу по готовым инструкциям и студентам остается лишь строго следовать имеющимся указаниям.По нашему мнению, инструкции к лабораторным занятиям должны быть различными по содержанию. Студент должен понимать, что методическое описание это только основа для выполнения работы, что навыки экспериментирования зависят не от качества описания, а от отношения студента к работе и что формально, бездумно проведенные измерения это потраченное впустую время.Относительно того, когда следует спрашивать теоретический материал, существует несколько точек зрения. Первая предлагает во время предварительного опроса студента выяснить теоретические знания по содержанию лабораторной работы со всеми математическими выкладками, а по окончании работыпроверить результат, задать одиндва вопроса по методике работы, устройству и действию приборов и считать работу законченной. Другая точка зрения состоит в том, что предварительный опрос может касаться только смысла работы, методики ее проведения, а после выполнения экспериментальной работы студент должен отвечать по теории с предоставлением результата.И в том, и в другом случае приходится сталкиваться с тем фактом, что при нефронтальном ведении лабораторных занятий студенту может быть незнаком теоретический материал, используемый для толкования физического явления. Поэтому более эффективен первый метод. Заметим, что когда студент отчитывается в знании теоретического материала до выполнения лабораторной работы, а не после, у него не появляется стремления затянуть ее сдачу.Теоретическую подготовку студентов к лабораторному занятию чаще проводят путем устной кратковременной беседы. Студенту задается до пяти вопросов по устройству приборов, установке и выполнению работы. По нашему мнению, за такой короткий срок нельзя выявить степень подготовки каждого студента к работе, тем более двухтрех человек. Некоторые преподаватели практикуют собеседования со студентами во время выполнения работы. В таких случаях часто бывает, что студент уже успел выполнить часть работы, пока преподаватель обнаружил, что он не подготовлен. В результате подобного выполнения работ студент лишь поверхностно знакомится с устройством приборов, их достоинствами и техникой эксперимента.На этапе подготовке к лабораторному занятию предлагаемиспользовать задачи.Доказано, что решение задач составляет неотъемлемую часть полноценного изучения предмета (в частности, физики) на любом уровне. В процессе решения задач проявляются основные закономерности мыслительной деятельности. При введении новыхпонятий постановка задач способствует возникновению потребности в знаниях и в усвоении способов их добывания. О степени усвоения физических понятий можно судить по умению сознательно их применять для анализа конкретных физических явлений в процессе решения задач.Решение задач позволяет лучше понять и запомнить основные законы физики, воспитывает способность применять общие теоретические закономерности к отдельным конкретным случаям. В этом случае решение задач один из методов обучения физике, на которомидет не изучение законов, формул, графических зависимостей, расчетов и т.п., но активное применение их, обучение анализу в конкретных физических ситуациях.Задачамисопровождениямибудем называть задачи, ориентированные на понимание сущности лабораторнойработы, приближенные как можно ближе к реальной практической деятельности на лабораторном занятии. Это задачи, в процессе решения которых предполагается выявление физической сущности объектов, явлений (процессов) лабораторной работы, их взаимосвязи и взаимодействия.Учитывая, что деятельность студентов на лабораторном занятии состоит из четырех основных действий, задачисопровождения можно разделить на следующие основные группы:задачи по предварительной подготовке к лабораторной работе;задачи по проведению эксперимента;задачи по обработке результатов эксперимента;задачи контроля и самоконтроля.Задачи по предварительной подготовке, на наш взгляд, организуют познавательную деятельность студентов, готовящихся к лабораторной работе. Они помогают студентам из большого объема теоретического материала выделить необходимый. Задачи, предлагаемые здесь, воспроизводят ту физическую ситуацию, которая потом создается в эксперименте. Решение этих задач поможет студентам сделать вывод рабочей формулы, установить теоретически зависимость между величинами, подвергающуюся экспериментальной проверке.Среди них можно выделить:
задачи, позволяющие подойти к изучаемому явлению, помогающие вскрыть исследуемые закономерности;
задачи на воспроизведение или получение расчетной формулы;
задачи, на объяснение явлений и процессов, наблюдаемых в ходе работы;
задачи по проверке теоретического материала.Например, к данной группе относим следующую задачу, предлагаемую в работе «Определение удельной теплоты парообразования воды калориметрическим методом»:Для определения удельной теплоты парообразования воды пар при температуре 373К ввели в алюминиевый калориметр массой 52 г, содержащий 0,25кг воды при температуре 282 К. После пропускания пара в калориметре оказалось 0,259кг воды стемпературой 303 К. Вычислить по полученным данным удельную теплоту парообразования воды. Эта задача дает студенту расчетную формулу, используемую в работе и порядок действий по определению удельной теплоты парообразования воды.К этой группе отнесем и задачи, которые требуют объяснить некоторые явления, наблюдаемые в ходе работы, например, в этой же лабораторной работе предлагается задача: «Стоящую на горячей плитке колбу с небольшим количеством кипящей воды закрывают резиновой пробкой с трубкой, опущенной в стакан с холодной водой. Затем горячую плитку заменяют холодной. Примерно через полминуты холодная вода из стакана с шумом устремляется в колбу и заполняет ее. Объясните, почему».Задачи на объяснение явлений, наблюдаемых в ходе работы, чаще всего качественные, т.е. не всегда требуют знания математических зависимостей.Задачи по проведению эксперимента (вторая группа) позволяют:осмыслить метод измерения;спланировать эксперимент;наметить порядок проведения измерений;обосновать применение соответствующих приборов и устройств.Задачи третьей группы задачисопровождения по обработке результатов эксперимента дают возможности для уточнения результатов измерений; для оценки погрешности физических измерений; для представления результатов измерений в удобной для восприятия форме. Они позволяют сравнительно быстро и своевременно исправлять допущенные в вычислениях ошибки. Четвертая группа задач самая объемная группа задачсопровождения используется для контроля знаний студентов и для самоконтроля. Это и задачи, активизирующие поиск новых путей для решения проблемы; и задачи, устанавливающие связь между разделами курса физики; задачи иллюстрирующие применение изучаемых явлений, процессов в технике, медицине и т.д.Задачи контроля и самоконтроля помогают дифференцировать знания каждого студента, углублять их. Студент обнаруживает связи между элементами задачи и лабораторной работы, чему способствует активизация необходимых знаний.Например, лабораторная работа «Проверка законов колебания математическогомаятника и определение ускорения силы тяжести с помощью математического маятника» содержит задачу: Задача:«Как можно использовать график экспериментальной зависимости между периодом колебаний математического маятника и его длиной для определения ускорения свободного падения?»Задачи для защиты лабораторных работ более сложные, требуют использования знаний нескольких тем курса физики. Их решение направлено на формирование у студентов важных мыслительных функций (анализ, синтез, обобщение и т.д.)Таким образом, инструкция к лабораторной работе может выглядеть следующим образом (самый подробный вариант)[3].
Определение абсолютной и относительнойвлажности воздуха разными способами
Цель работы:научиться определять абсолютную и относительную влажность воздуха с помощью психрометра Ассмена.Приборы и материалы:термометр, психрометр Ассмена.Вопросы для самоконтроля1.
Дать определения: влажности воздуха, абсолютной влажности воздуха, относительной влажности воздуха, точки росы, парообразования, насыщенного пара, температуры, термодинамического равновесия.2.
Какое давление называется парциальным? Сформулируйте закон Дальтона.3.
Что означает выражение «Относительная влажность воздуха 45 %?»4.
Какие физические явления наблюдаются в работе? Объясните ход работы.5.
Как повысить влажность в комнате?6.
Объясните механизм выпадения росы, образования инея.7.
Почему сильная жара труднее переносится в болотистых местностях?8.
Объясните причину появления тумана по вечерам вблизи водоемов.Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, имеет важнейшее значение для процессов, происходящих в атмосфере. Оно оказывает большое значение и влияние на жизнь растений и животных.Водяной пар, находящийся в воздухе, изменяется как по количеству содержания его в воздухе, так и посостоянию насыщения.Содержание водяного пара в воздухеего влажностьхарактеризуется рядом величин.Абсолютная влажность еколичество водяного пара, находящегося в 1 м3воздуха в момент наблюдения.Абсолютной влажностью называют также давление (упругость или плотность) водяного пара в момент наблюдения.
Относительная влажность rесть отношение количества водяного пара, действительно находящегося в воздухе к максимально возможному количеству водяного пара при данной температуре.
,(1)где rотносительная влажность, еабсолютная влажность (упругость водяного пара, находящегося в воздухе), Емаксимально возможная упругость пара при данной температуре.Или, относительная влажностьэто отношение давления (или плотности) водяного пара при данной температуре к давлению (плотности) насыщенного пара при той же температуре:
.(2)Относительная влажность дает представление о степени насыщения воздуха водяными парами.Задачи для подготовкиКак изменяется абсолютная и относительная влажность воздуха при его нагревании? От каких факторов зависит точность определения относительной влажности?Найти массу воздуха, содержащегося в комнате объемом 200 м3при температуре 25ºС, если относительная влажность воздуха 50%,r0= 23·103кг/м3.Относительная влажность воздуха 80%, а температура 17ºС. Какова абсолютная влажность воздуха? Относительная влажность воздуха при температуре 22°С составляет 100%. Какое количество водяного пара содержится в 1 м3воздуха при этом условии?В комнате объемом 50 м3содержится 0,606 кг водяного пара при температуре 30°С. Какова относительная влажность воздуха? При каком условии относительная влажность воздуха может увеличиться, несмотря на уменьшение абсолютной влажности?
Ход работыПсихрометр Ассмена состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных в специальной оправе. Шарик одного из термометров обвязан батистом, который смачивают дистиллированной водой. Со смоченной поверхности батиста на термометре идет испарениеводы, интенсивность которого зависит от влажности окружающего воздуха. Чем больше недостаток насыщения водяными парами в окружающем воздухе, тем интенсивнее будет происходить испарение с батиста, и тем ниже будет показание смоченного термометра, так как на испарение затрачивается тепло. Следовательно, разность показаний сухого и влажного термометров зависит от относительной влажности воздуха.В психрометре скорость обтекания воздуха около смоченного шарика термометра всегда постоянна. Это достигается при помощи вентилятора. Кроме того, в психрометре Ассмена оба термометра укреплены в особой металлической оправе, предохраняющей термометры от действия солнечной радиации. Смачивание термометра проводят с помощью резиновой груши или пипетки. Это нужно делать так, чтобы вода не попала на левый термометр. 1.Смочить влажный термометр и завести вентилятор на 34 оборота.2.Снять показания влажного и сухого термометров на 34 минуте после включения вентилятора.3.Найти разность между показаниями сухого и влажного термометров.4.Опыт повторить не менее 4х раз. С помощью таблицы 2найти относительную влажность. Результаты занести в таблицу 1.Таблица 1
№t1, 0C(сух)t2, 0CDt=t1t2,0Cr,%rср, %1
2
3
Таблица 2Таблица для определения относительной влажности
Показания сухого термометраРазность показаний сухого и влажного термометровК°С0123456789101127301008263452811
11008365483216
21008468513620
3100846954392410
4100857056422814
27851008672584532196
610086736047352310
710087746149372614
8100877563514028187
91008876645342312111
2831010088766554443424144
1110088776656463626178
12100897868574838292011
131008979695949403123146
141009079706051423325179
288151009080716152443627125
16100908171625445373022158
171009081726455473932241710
181009182736456484134262013
191009182746558504335292215293201009183746659514437302418
211009183756760524639322620
221009283766861544740342822
231009284766961554842363024
241009284776962564943373126298251009284777063575044383327
261009285787164585145403429
271009285787165595247413630
281009385787265595348423732
291009386797266605449433833303301009386797367615550443934
Задачи по проведению эксперимента и обработке результатов экспериментаКакова влажность воздуха, если сухой и смоченный термометры психрометра показывают одинаковую температуру? Влажный термометр психрометра показывает 10°С, а сухой 14°С. Найти относительную влажность и давление насыщенного пара. Пользуясь психрометрической таблицей, укажите, при каком условии могут совпадать показания влажного и сухого термометра? Как будут изменяться показания влажного термометрапсихрометра при уменьшении влажности? Задачи по проведению эксперимента и обработке результатов экспериментаНайти относительную влажность воздуха по показаниям сухого и влажного термометра психрометра, равных соответственно 29 и 22°С; 15 и 9°С; 25 и 21°С; 20 и 18°С. Сравнить полученные значения относительной влажности с результатами отсчетов по гигрометру Ламбрехта, если указываемые им значения температуры точек росы в те же моменты и в том же месте соответственно равны 18; 2; 19; 17°С. Какую конструкцию гигрометра вы могли бы предложить и изготовить самостоятельно вместо гигрометра, используемого в настоящей работе?Найти относительную влажность воздуха в комнате при температуре 180С, если точка росы 100С. В каком случае «точка росы»становится «точкой инея»?Задачи контроля и самоконтроляПо данным лабораторной работы определите массу водяного пара в помещении кабинета. Используя комнатный бытовой термометр, кусочек льда и стакан с водой, определите относительную влажность воздуха в помещении. Объясните наблюдаемые во время опытов явления.Определите массу водяного пара в помещении, имея психрометр, метровую линейку и справочник.Относительная влажность в комнате при температуре 16°С составляет 65%. Как она изменится при понижении температуры воздуха на 4 К, если давление насыщенного водяного пара останется прежним? При 20°С относительная влажность воздуха составила 60%. Сколько воды в виде росы выделится из каждого кубического метра воздуха, если температура понизилась до 8°С? Смешали V1=1м3 воздуха с относительной влажностью r1=20% и V2=2 м3 воздуха с относительной влажностью r2=30%. При этом обе порции были взяты при одинаковых температурах. Смесь занимает объем V=3 м3. Определить относительную влажность.Смешали V1=1м3 воздуха с относительной влажностью r1=20% и V2=2 м3 воздуха с относительной влажностью r2=30%. При этом обе порции были взяты при одинаковых температурах. Смесь занимает объем V=3 м3. Определить относительную влажность.В комнате объемом 50 м3 относительная влажность воздуха 40%. Если испарить дополнительную воду массой 60 г, то относительная влажность будет равной 50%. Какой при этом будет абсолютная влажность воздуха?
Лабораторные занятия делают знания студентов более глубокими, знакомят их с экспериментальным методом исследования в науке, помогают формированию измерительных навыков и умений. Задачи же помогут при подготовке к лабораторной работе, помогут углубить знания студента, полученные им на лабораторных занятиях.
Ссылка на источники1.Темиркулова Н.И. Методические основы применения ЭВТ на лабораторных и практических занятиях курса общей физики (на примере технического вуза): дис…. канд. пед. наук. Челябинск: ЧГПИ, 1992. 227с.2.Мелешина А.М., Гарунов М.Г., Семакова А.Г. Как изучать физикоматематические дисциплины в вузе: советы студентам младших курсов. Воронеж: Издво ВГУ, 1988. 208 с.3.Ермакова Е.В. Методические рекомендации к лабораторным занятиям по курсу общей физики (молекулярная физика и термодинамика).Ишим: ИздвоИГПИим. П.П. Ершова, 2003.60 с.
ErmakovaElena,theCandidateofScience(Pedagogics), theassociateprofessoroftheChairofTheoryandMethodsofTeachingPhysics, Technology and Business of the Ishim Ershov State Teachers Training Institute, IshimErmakowaEl@mail.ruTasks in preparation for laboratory studies in physics at the Pedagogical UniversAbstract.In the artibe the tasks application in laboratory studies in physics at the Univers.Keywords:laboratory studies, physical task,maintenance tasks, phasec of the laboratory exercises.
Рекомендовано к публикации: Горевым П. М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»
