Исследовательская деятельность учащихся на уроках физики

Деятельностный подход

Учебное исследование связано с активной деятельностью школьника, что, конечно, имеет важные преимущества:

• Учащиеся самостоятельно формулируют определения физических величин, законы и понятия о явлениях на основе четких определений понятий об изучаемых элементах физического знания.

• Одинаковые подходы к изучению каждого элемента знаний дают необходимую систему взглядов и понятий, позволяющих обобщить и структурировать материал.

• Учащиеся лучше усваивают многие сложные темы благодаря не только поэтапной отработке материала, но и наличию системы.

• Обучение методам физики также приводится в систему, при этом методологические знания усваиваются в ходе изучения самого курса физики.

В процессе происходит классификация знаний. В курсе физики знания делятся на два типа: суждения и физическая теория. Суждение — это мысль, выраженная повествовательным предложением, в нем заключены законы или научные факты. Физическая теория — совокупность научных знаний, организованных определенным образом; она включает в себя и понятия разных типов, и суждения разных типов.

Виды исследовательской деятельности:

• Создание физического знания.

• Распознавание конкретных ситуаций, соответствующих тем или иным физическим знаниям.

• Воспроизводство конкретных ситуаций, соответствующих тем или иным физическим знаниям.

• Создание приборов и технических устройств.

• Эксплуатация приборов и технических устройств.

• Монтаж экспериментальных установок.

• Решение физических задач.

• Классификация, обобщение, систематизация, подготовка обзоров научной информации.

• Построение ответов на поставленные вопросы.

Рассмотрим подробнее некоторые направления деятельности.

Определение понятий

Физика, как известно, пошла от философии. В философии существует классическая структура понятия:

[Термин] — это [родовое понятие] [видовые отличия]

Например: Плотность — это физическая величина, равная отношению массы тела к его объему.

Следует учитывать, что соответствуют структуре, заданной философией, не все используемые понятия, в том числе и прописанные в современных учебниках.

Открытие закона

Деятельностный подход предполагает, что законы должны открывать сами ученики. В процессе школьниками могут быть высказаны абсурдные гипотезы — все их необходимо проверять, это и есть путь познания.

Этапы открытия закона. Пример: получение закона колебания математического маятника

1. Исходная ситуация. Обнаружено, что разные математические маятники имеют различные значения периода колебаний. Продемонстрировать это довольно легко.

2. Формулирование познавательной задачи. От каких физических величин, характеризующих маятник, зависит период его колебаний?

3. Высказывание гипотез. От учеников для проверки принимаются все гипотезы, удачные и неудачные. Ученики могут допустить, что период колебаний зависит от массы груза, от длины нити, от амплитудных колебаний и т.д.

4. Формулирование задачи под каждую гипотезу. Зависит ли?

5. Разработка и реализация экспериментов под каждую задачу. Эксперименты выполняются группами учащихся. Например, ученики хотят проверить зависимость от массы груза — значит, не меняя длину нити, нужно поменять массу подвешенных грузов.

6. Формулирование частных выводов. Например: при длине нити 15 см период колебаний не зависит от массы груза.

7. Уточнение познавательной задачи. Каков вид зависимости периода колебаний от длины нити? График перестраивается в координатах T от √l.

8. Формулирование вывода. Для данного маятника период колебаний пропорционален корню из его длины.

9. Формулирование общего вывода. Период колебаний нитяного маятника прямо пропорционален корню из его длины.

Ввод физической величины

Осуществляется разными способами:

1. Ввод физической величины через меру.

2. Ввод физической величины через формулу.

3. Создание физического прибора и градуирование его шкалы.

4. Введение коэффициента пропорциональности.

Работа с коэффициентом пропорциональности — самое сложное. Она включает:

1. Выражение коэффициента пропорциональности через величины, входящие в математическую запись закона.

2. Представление всех величин, входящих в формулу кроме одной, равными единице.

3. Формулирование суждений о численном равенстве коэффициентов пропорциональности физической величине, не равной единице, при условии, что остальные равны единице.

Ввод понятия о физическом явлении

Пример. Работа с диффузией

1. Демонстрация единичного явления. Для объяснения диффузии демонстрируется ватка с резким запахом.

2. Формулирование общей задачи. Что это за явление?

3. Постановка вопроса. Если изменятся начальные условия, будет ли наблюдаться явление? Поиск веществ, запахи которых распространяются в воздухе, в трех агрегатных состояниях.

4. Изменение задачи. А если изменить вещество? Какие еще вещества способны проникать друг в друга? (чай, марганцовка, металлы) Производится наблюдение. Демонстрационные примеры можно найти в учебнике.

5. Формулирование вывода. Любые вещества способны проникать друг в друга.

6. Учитель вводит термин.

Проведение эксперимента

Этапы планирования эксперимента. Пример: изучение взаимодействия между проводником и током

1. Какое явление мы хотим воспроизвести? Взаимодействие между проводниками с током.

2. Каким знанием о необходимых свойствах объекта мы владеем? Знаем, каким образом зависит сила тока от свойств проводника.

3. Какой конкретный объект с этими свойствами мы можем подобрать для эксперимента? Провода, по которым пойдет электрический ток и источники тока.

4. Какой объект мы можем подобрать как воздействующий? Воздействующим объектом будут провода, по которым пойдет электрический ток.

5. Как мы можем воспроизвести условия взаимодействия данных объектов? Собрать цепь и подключить ток.

6. Какое оборудование нам понадобится, чтобы воспроизвести данное явление с выбранными конкретными объектами? Учитель сам подбирает оборудование для эксперимента или делегирует это ученикам.

Виды деятельности при обработке экспериментальных данных:

• Снятие показаний приоров.

• Определение погрешности результата прямых измерений.

• Сравнение величин с использованием погрешности.

• Построение графика с использованием погрешности.

• Уменьшение случайной погрешности методом многократных измерений.

• Определение погрешности результата косвенных измерений.

• Определение коэффициента пропорциональности по графику прямой пропорциональности.

Построение графика эксперимента

1. Составление сводной таблицы результатов с внесением в нее экспериментальных данных и их погрешности.

2. Изображение осей (с подписями).

3. Выбор масштаба для каждой оси.

4. Построение точки с координатами из сводной таблицы.

5. Вычисление значения погрешностей величин. Обозначение их по обе стороны от существующих точек, если это позволяет масштаб. Изменение масштаба, если он не позволяет это сделать.

6. Проведение линии через полученные области. Перепроверка экспериментальных точек, лежащих далеко от графика.