Розробка схем простих демонстраційних експериментів для шкільного курсу оптики

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Розробка схем простих демонстраційних експериментів для шкільного курсу оптики

Розробка схем простих демонстраційних експериментів для шкільного курсу оптики

2

КУРСОВА РОБОТА

на тему: «РОЗРОБКА СХЕМ ПРОСТИХ ДЕМОНСТРАЦІЙНИХ ЕКСПЕРИМЕНТІВ ДЛЯ ШКІЛЬНОГО КУРСУ ОПТИКИ»

2009

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ВЗАЄМОДІЯ ТЕОРЕТИЧНОГО ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МЕТОДІВ У ФІЗИЦІ

1.1 Функції експерименту в науковому пізнанні

1.2 Взаємодія теоретичного та експериментального методів у шкільному навчанні

1.2.1 Роль фізичного експерименту у формуванні фізичних понять

1.2.2 Види шкільного навчального експерименту

2. ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ЯК ФОРМА ФІЗИЧНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ

2.1 Місце демонстраційного експерименту в шкільному курсі фізики

2.2 Основні вимоги до демонстраційного експерименту

2.3 Обладнання шкільного кабінету фізики

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

ДОДАТОК 1

1.1 Дифракція світла на СD або DVD диску

1.2 Принцип дії світловоду

1.3 Досліди з інтерференції

ВСТУП

Система фізичної освіти формувалася в багаторічній практиці викладання фізики в загальноосвітніх і вищих навчальних закладах. Зусиллями поколінь учителів і вчених був визначений оптимальний зміст, структура шкільного курсу фізики й система навчального фізичного експерименту. Фізика розглядалася як найважливіша складова науково-технічного прогресу, а її викладання у школі було в центрі уваги громадськості й органів народної освіти. До середини ХХ ст. шкільна фізична освіта в Україні не поступалася кращим світовим стандартам. Таке положення підтримувалося майже до кінця сторіччя, сприяючи досягненню високого рівня освіченості населення нашої країни й формуванню її інтелектуальної еліти. Однак в 90-ті роки виявилася наростаюча тенденція до відставання рівня знань і вмінь з фізики учнів українських загальноосвітніх шкіл від їхніх однолітків з інших розвинених країн: по цьому показнику Україна з 1991 р. по 1995 р. опустилася з 3 на 12 місце. Особливо низькі порівняльні результати засвоєння нашими учнями елементів наукових методів пізнання, теоретичних і експериментальних умінь застосовувати свої знання в незнайомих ситуаціях [7].

Серед причин, що спричинили зниження якості навчання фізиці, найбільш істотними є наступні:

- скорочення часу на вивчення фізики внаслідок введення в навчальні плани шкіл великої кількості нових предметів під гаслами необхідності морально-етичного, естетичного, екологічного, краєзнавчого, полового й т.п. виховання школярів;

- зниження кваліфікації вчителів фізики через відтік великої кількості фахівців у комерційні й інші структури у зв'язку з низькою оплатою праці вчителя й падіння престижу його діяльності;

- руйнування системи забезпечення шкіл навчальним фізичним обладнанням. Багато вчителів втратили можливість проводити значну частину навіть тих лабораторних робіт і демонстраційних дослідів, які передбачені програмою з фізики. Відсутність же в навчальному процесі фізичних дослідів робить неможливим формування вмінь методологічного характеру й умінь застосовувати теоретичні знання для пояснення природних явищ.

Актуальність даної проблеми визначила мету дослідження: дидактичні й методичні можливості використання предметів з повсякденного побуту для демонстрації фізичних явищ на уроках фізики.

Об'єктом дослідження є фізичний експеримент як основа формування фізичних понять.

Предметом дослідження є демонстраційний експеримент як форма фізичного експерименту.

Гіпотеза: застосування простих демонстраційних експериментів, підібраних в роботі для пояснення сутності оптичних явищ, дозволить покращити якість навчання оптики в загальноосвітніх закладах.

Для досягнення поставленої мети й підтвердження гіпотези поставлені наступні завдання:

1) Проаналізувати взаємодію теоретичного й експериментального методів у фізиці;

2) Розглянути види фізичного експерименту в залежності від виконавця досліду та його ролі у функціонуванні окремих компонентів теорії;

3) Встановити основні вимоги до шкільного демонстраційного експерименту та виділили етапи підготовки вчителя до уроку з використанням демонстрації;

4) Розробити практичні схеми простих демонстраційних експериментів для пояснення сутності фізичних явищ у шкільному курсі оптики.

1. ВЗАЄМОДІЯ ТЕОРЕТИЧНОГО ТА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО МЕТОДІВ У ФІЗИЦІ

1.1 Функції експерименту в науковому пізнанні

Фізика - експериментальна наука. Закони фізики засновані на фактах, встановлених на досліді. Причому нерідко тлумачення тих самих фактів змінюється у ході історичного розвитку фізики. Факти накопичуються в результаті спостережень. Але при цьому тільки ними обмежуватися не можна. Це тільки перший крок до пізнання. Далі йде експеримент, вироблення понять, що допускають якісні характеристики у формі числа. Щоб зі спостережень зробити загальні висновки, з'ясувати причини явищ, треба встановити кількісні співвідношення між величинами. Якщо буде отримана така залежність, буде знайдено фізичний закон. Якщо знайдено фізичний закон, то немає необхідності ставити в кожному окремому випадку дослід, досить виконати відповідні обчислення. Встановивши експериментально кількісні зв'язки між величинами, можна виявити закономірності. На основі цих закономірностей розвивається загальна теорія явищ. Такий підхід застосовується у всіх галузях фізики. Навіть теоретична фізика, її основні розділи, спираються на відповідні фундаментальні досліди. Ейнштейн писав: «Чисто логічне мислення саме по собі не може дати ніяких знань про світ фактів; все пізнання реального світу виходить з досліду й завершується їм. Отримані чисто логічним шляхом положення нічого не кажуть про дійсність» [16, с. 179].

Але експеримент у фізиці як науці зайняв своє місце не відразу, а лише в результаті боротьби словесних та експериментальних методів, яка продовжувалася кілька століть. Ще в XIII столітті Роджер Бекон (1214 - 1294) виступив проти умоглядного підходу до вивчення природних явищ. Продовжив боротьбу за експериментальний метод великий вчений-енциклопедист Леонардо да Вінчі (1452 - 1519). Остаточно затвердив експериментальний метод Галілео Галілей (1564 - 1642). Його визнають батьком експериментального метода в фізиці [7].

Щоб зрозуміти тісний зв'язок між теорією та експериментом, визначимо логічну структуру дослідження. Першим кроком дослідника є вибір ним галузі дослідження. Цей вибір визначається актуальністю, новизною, перспективністю цієї галузі, а також суб'єктивними чинниками: інтересами, нахилами, освітою, характером професійної діяльності дослідника. Наступний крок - визначення проблеми і формулювання теми дослідження. Далі визначають об'єкт і предмет дослідження. Об'єкт дослідження - це певна сукупність властивостей і відношень, яка існує незалежно від дослідника, але ним відображається. Словом, об'єкт - це те, що об'єктивно існує і на що спрямована увага дослідника. Предмет дослідження - це певний бік об'єкта дослідження, тобто це ті елементи, відношення, зв'язки об'єкта, які підлягають вивченню. Із предмета вивчення безпосередньо випливають завдання дослідження.

Наступний етап - розроблення теоретичної концепції дослідження, а потім і формулювання робочої гіпотези. Гіпотеза - це форма прогнозування, форма результату при виконанні певних умов. Тобто, у формулюванні гіпотези зазначаються умови, при виконанні яких можна очікувати того чи іншого результату. Наступний крок - розроблення програми уточнення і перевірки гіпотези. Далі розробляється методика, методи проведення дослідження і, нарешті, проводиться саме дослідження. Його результати дають можливість сформулювати практичні і теоретичні висновки. Останній крок - впровадження у практику розроблених ідей і методів [10].

Таким чином, як у наукових дослідженнях, так і у викладанні фізики експеримент виступає не тільки як джерело знань, але й як критерій достовірності фізичних закономірностей, як вихідний пункт для проведення логічних і математичних операцій, як результат, що переконує у правильності висновків та як доказ зв'язку теорії із практикою.

1.2 Взаємодія теоретичного та експериментального методів у шкільному навчанні

1.2.1 Роль фізичного експерименту у формуванні фізичних понять

Фізика займає одне з важливих місць серед дисциплін у школі. Як навчальний предмет вона створює в учнів уявлення про наукову картину світу. Викладання фізики передбачає широке використання фізичного експерименту. Психологи відзначають, що складний матеріал краще сприймається на наочних прикладах, ніж на його опису. Дослідження Едгара Дейла показали, що люди запам'ятовують 20% того, що почули, 30% того, що побачили, 50% того, що почули й побачили й 70% того, про що говорять і пишуть. Тому демонстрація експерименту запам'ятовується краще, ніж розповідь вчителя про фізичний дослід [16]. Зокрема, за цією самою причиною організація процесу навчання у фізиці немислима без застосування спеціально спланованої та організованої системи навчального фізичного експерименту. Основоположник вітчизняної науки М. В. Ломоносов зазначав: «Дослід цінніше тисячі думок, породжених уявою».

Спочатку дамо визначення фізичного експерименту. Фізичний експеримент - це спостереження й аналіз досліджуваних явищ у певних умовах, що дозволяють стежити за ходом явища й відтворювати їх щораз при незмінних умовах [13]. Застосування фізичного навчального експерименту сприяє не тільки більш якісному формуванню предметних знань, але й розвитку практичних, загальнонаукових вмінь учнів, зокрема уміння планувати експеримент, висувати гіпотезу, працювати з лабораторним устаткуванням, знімати показання приладів, обробляти й інтерпретувати результати експериментів, грамотно їх оформлювати. Особливого значення набуває навчальний фізичний експеримент при навчанні фізики в середніх загальноосвітніх навчальних закладах. Застосування цього методу дозволяє більш повно врахувати вікові особливості учнів і вести викладання, забезпечуючи не тільки необхідний рівень науковості, але також наочність й доступність, розвивати інтерес до фізики, підвищуючи тим самим ефективність і якість навчального процесу [9].

Зміст шкільного курсу фізики можна представити у вигляді основних компонентів невеликого числа фундаментальних базових теорій. До компонентів фізичних теорій відносяться: вихідні факти, основні фізичні поняття, ідеалізовані об'єкти й моделі, закони й закономірності, висновки теорій і їхнє практичне застосування. Аналіз внутрішньої логіки розвитку фізичних знань показує, що компоненти фізичних теорій знаходять контакт із реальністю через систему експериментально-вимірювальних процедур. Характер зв'язку компонентів теорії з реальністю досить складний і різноманітний. Різна й роль експериментально-вимірювальних процедур, що встановлюють певну якісну й кількісну характеристику зв'язків і відносин реальних об'єктів, які відповідають цим компонентам. У зв'язку із цим можна провести класифікацію навчального експерименту за його роллю у функціонуванні окремих компонентів теорії, що лежать в основі системи навчального матеріалу тем і розділів фізики.

Розглянемо докладніше специфіку кожного з видів навчальних дослідів (табл. 1.1).

Таблиця 1.1 - Класифікація навчального експерименту за його роллю у функціонуванні окремих компонентів теорії.

Ілюстративні досліди підтверджують висловлення, припущення й наслідки, що виходять з теорії.

Технічні досліди розкривають застосування фізичних закономірностей у техніці та вимірюваннях.

Такі досліди можуть бути в наявності у будь-якому навчальному матеріалі розділу або теми, але їх предметне втілення залежить від логічної структури цього матеріалу, а також від рівня підготовки учнів.

Подібний підхід до навчального експерименту дозволяє:

- краще осмислити зміст, роль і місце навчального експерименту у викладанні фізики, його зв'язок з теорією;

- виробити єдині прийоми узагальненого характеру, придатні для використання в постановці багатьох дослідів певного виду в навчанні фізиці, що досить важливо при підготовці вчителя фізики;

- ознайомити учнів з мовою фізики й методом фізичної науки й тим самим підвищити науковий рівень системи фізичних знань [12].

1.2.2 Види шкільного навчального експерименту

Надана вище схема відображає зв'язок експерименту з теорією, але нічого не повідомляє про послідовність засвоєння експериментальних умінь і навичок, про виконавця досліду (вчитель чи учень), про місце проведення експерименту (на уроці або дома). Розглянемо ці питання докладніше.

Залежно від того, ким здійснюється навчальний експеримент - вчителем або учнем, його прийнято розділяти на демонстраційний і лабораторний. У свою чергу, існують два види лабораторного експерименту: фронтальні лабораторні роботи й роботи фізичного практикуму. До лабораторного експерименту умовно можна віднести й домашні фізичні досліди учнів.

Фізичний експеримент у школі застосовується в наступних видах:

- демонстраційний дослід, який проводить вчитель;

- фронтальні лабораторні роботи, які виконуються учнями в процесі вивчення програмного матеріалу;

- роботи фізичного практикуму, які виконуються учнями в завершення попередніх розділів курсу фізики або наприкінці всього шкільного курсу фізики;

- експериментальне завдання;

- позакласні фізичні досліди і домашня експериментальна робота.[9].

У всіх посібниках вказують саме ці основні види навчального експерименту, за винятком посібника за редакцією С.Е. Каменецького, у якому відповідно до сучасних вимог і можливостей техніки вводиться в навчальний процес, доповнивши перераховані види експерименту, новий вид - фізичний експеримент із використанням комп'ютера [13].

Ця класифікація складалася поступово: на початку був тільки демонстраційний експеримент, потім (наприкінці XIX століття) виникла ідея фронтального фізичного експерименту, що остаточно реалізувалася у школі тільки в 50-і роки XX століття, потім, на кілька десятків років пізніше, був введений у школі фізичний практикум [9].

Наступна схема класифікації фізичного експерименту (рис. 1.1) відображає послідовність рівнів засвоєння експериментальних умінь і навичок.

2

Рисунок. 1.1 - Класифікація навчальних фізичних експериментів

Перший етап:

Формування первісних практичних умінь і навичок, демонстраційний експеримент або демонстрація. Демонстрація - це фізичний експеримент, що представляє фізичні явища, процеси, закономірності, які сприймаються зорово.

Демонстрація ілюструє теоретичні положення, які викладає на уроці вчитель, і підготовляє до самостійного проведення фронтальних лабораторних робіт. Варто врахувати, що демонстраційний експеримент не вичерпує всіх можливостей активного сприйняття учнями досліджуваних явищ, оскільки учні тільки спостерігають. Практичні вміння й навички виробляються в ході учнівського експерименту, тому демонстрацію потрібно доповнювати фізичним практикумом. Практичні вміння й навички виробляються в ході учнівського експерименту, тому демонстрації потрібно доповнювати фронтальними лабораторними роботами й фізичним практикумом. У число демонстрацій варто включати досліди (або їх фрагменти), що ілюструють явища на якісному рівні, які пізніше будуть виконуватися на фронтальних лабораторних роботах з кількісною оцінкою.

Другий етап:

Фронтальні лабораторні роботи - вид практичних робіт, що виконуються у процесі досліджуваного програмного матеріалу, коли всі учні класу одночасно виконують однотипний експеримент, використовуючи однакове обладнання [13]. Ці роботи, відносно невеликі за часом, як правило займають лише частину уроку або один урок. Учні починають їх виконувати вже на першому році вивчення базового курсу фізики в основній школі [9].

На фронтальних лабораторних роботах переборюється розрив теорії із практикою, простежується очевидний зв'язок науки й техніки; удосконалюються, розвиваються й заглиблюються первісні подання, формуються поняття як основний елемент наукових знань; розвивається інтерес, що сприяє самостійній діяльності; виробляються особистісні якості (акуратність, організованість, наполегливість і ін.) тощо.

З іншої сторони, вони формують тільки найпростіші вміння й навички, не вирішують до кінця завдання формування в школярів узагальнених практичних умінь і навичок, так необхідних у сучасних дослідженнях. Ці завдання можна вирішити тільки при організації робіт фізичного практикуму.

Третій етап - завершальний.

Фізичний практикум - практична робота, яка виконується учнями в завершення попередніх розділів курсу (або наприкінці року), на більш складному обладнанні, з більшою часткою самостійності, чим на фронтальних лабораторних роботах [13]. Роботи виконуються звичайно учнями старших класів. Практикум організують таким чином, що кілька бригад учнів, змінюючи одна одну за графіком, виконують по черзі 5 - 7 різних робіт [9].

При виконанні робіт фізичного практикуму відбувається повторення, поглиблення, розширення, узагальнення й систематизація знань по різних темах розділу або загального шкільного курсу фізики; розвиток і вдосконалення експериментальних умінь і й навичок [13].

Експеримент із використанням комп'ютера.

Розвиток нових інформаційних технологій дозволяє скоротити число явищ і процесів, які неможливо безпосередньо відтворити й дослідити в умовах школи. Це стало можливим завдяки використанню комп'ютерного моделювання шкільного фізичного експерименту. Він дозволяє варіювати умови того або іншого експерименту, робити розрахунки, вирішувати експериментальні завдання тощо.

Комп'ютерний експеримент може бути як демонстраційним, так і лабораторним. Але в кожному разі необхідно сполучити його з натуральним експериментом. У противному випадку застосування комп'ютерного експерименту може зробити замість позитивного негативний вплив на якість навчання фізиці [9].

Домашні експериментальні роботи - це найпростіший самостійний експеримент, що виконується учнями вдома або поза школою при відсутності безпосереднього керівництва з боку вчителя.

Цей вид експерименту повинен супроводжувати й доповнювати процес навчання фізиці на другому й третьому етапах засвоєння експериментальних вмінь і навичок, тому що практичні роботи цього виду вимагають оформляти звіт, фіксувати й обробляти результати проведеного експерименту.

Експериментальне завдання - це завдання, у яких експеримент служить засобом визначення деяких вихідних величин, необхідних для рішення; дає відповідь на поставлене у ній питання або є засобом перевірки зроблених відповідно до умови розрахунків.

Експериментальні завдання можна ставити на основі показаних демонстрацій, доповнювати ними завдання фронтальних лабораторних робіт і фізичного практикуму.

Використовуючи навчальний експеримент, учитель має можливість:

продемонструвати досліджуване явище в педагогічно трансформованому вигляді й тим самим створити базу для його вивчення;

проілюструвати прояв встановлених у науці закономірностей у доступному для учнів виді;

познайомити учнів з експериментальним методом вивчення фізичних явищ;

показати застосування вивчених фізичних явищ у побуті й техніці;

підвищити наочність викладання й тим самим зробити досліджуване явище більше доступним для учнів [13].

Отже, без експерименту немає й не може бути раціонального навчання фізиці. Одне словесне навчання фізиці неминуче приведе до формалізму й механічного завчання.

2. ДЕМОНСТРАЦІЙНИЙ ЕКСПЕРИМЕНТ ЯК ФОРМА ФІЗИЧНОГО ЕКСПЕРИМЕНТУ

2.1 Місце демонстраційного експерименту в шкільному курсі фізики

Демонстраційний експеримент як метод навчання з'явився практично одночасно з початком викладання систематичного курсу фізики. У системі методів організації й здійснення учбово-пізнавальної діяльності учнів, що класифікуються за джерелом передачі й сприйняття навчальної інформації, демонстраційний експеримент відноситься до наочних методів навчання. Відносно двох інших провідних методів цієї групи - словесного і практичного, демонстраційний експеримент займає особливе місце: він ніколи не використовується як відокремлений метод, але завжди в сполученні зі словесним (лекція, пояснення, бесіда), а також з іншими засобами наочності (малюнки, таблиці, екранні посібники).

Як допоміжний засіб демонстраційний експеримент застосовується в практичних методах навчання. Термін «демонстраційний експеримент», що підкреслює візуальний вплив цього методу, не означає, однак, що вчитель може й повинен лише ілюструвати ті або інші явища або процеси, залишаючи учням роль пасивних спостерігачів. Робота учнів при проведенні демонстраційного експерименту обов'язково повинна бути спеціально організована. Крім того, використовуючи демонстраційний експеримент, учитель може не тільки просто демонструвати ті або інші явища або процеси, але, й наприклад, поставити і вирішити з учнями експериментальну задачу, або організувати на уроці проблемну ситуацію. Чим більшим досвідом володіє вчитель, тим ширше арсенал його прийомів використання демонстраційного експерименту [9]. Видатний фізик А. Ейнштейн висловив свою точку зору на цю проблему словами: «Вміє вчити той, хто вчить цікаво».

У демонстраційному експерименті не відтворюються фізичні явища й закономірності, а лише створюються умови для вичленовування цих явищ і закономірностей з навколишньої природи. Шляхом використання спеціальних прийомів досліджуване явище звільняється від супутніх явищ або, принаймні, вплив супутніх явищ послабляється. В цьому процесі найбільш важливим керівним принципом повинен бути принцип науковості, який означає відповідність того, що демонструють, твердо встановленим у науці положенням. Демонстраційний експеримент має своїм основним призначенням показ зв'язків між фізичними явищами з якісної сторони. Кількісні характеристики досліджуються учнями під час шкільного лабораторного експерименту.

За способом показу досліджуваних явищ і закономірностей демонстраційні досліди можна поділити на три групи:

а) Безпосередній показ досліджуваних явищ і закономірностей - це такий спосіб демонстрування, що дозволяє учням сприймати досліджувані явища безпосередньо за допомогою органів почуттів. Наприклад, спостереження кольорових стрічок, внесених у різні ділянки суцільного спектра;

б) У тих випадках, коли демонструється явище, а учні спостерігають супутні йому ефекти, мова може йти про опосереднений показ. Так органи почуттів людини не сприймають безпосередньо електромагнітні хвилі. Їх можна виявити, спостерігаючи за рухом стрілок на приладах.

в) У модельному експерименті демонструються не фізичні явища й закономірності, що становлять предмет, а їх аналогії. У цьому випадку учні спостерігають не саме явище й навіть не відбиття цього явища в супровідних змінах, а щось зовсім інше, що має лише поверхневу подібність до досліджуваного явища. Умовні образи модельного експерименту виступають замінниками досліджуваних явищ і закономірностей.

Всі три способи показу в демонстраційному експерименті спрямовані на забезпечення того «живого споглядання», з якого починається процес пізнання нових для учнів явищ і закономірностей. Однак демонстрації можуть і повинні виконувати не тільки навчальну, але й розвиваючу функцію, тобто сприяти розвитку мислення, спостережливості, творчої уяви учнів, їх здатностей. Як же використати демонстраційний експеримент із метою розвитку учнів? Насамперед, необхідно звернути увагу на способи залучення учнів до активної роботи з осмислення дослідів. А також указати основні способи активізації пізнавальної діяльності при постановці експерименту. Кожний наступний відповідає більш високому рівню активізації.

Перший рівень:

Демонстраційний експеримент ставиться як ілюстрація до пояснення нового матеріалу, так що учні в обговоренні й поясненні результатів дослідів участі практично не приймають. Найбільше, чого можна домогтися в цій ситуації - це увага учнів до пояснення навчального матеріалу. Він зручний тим, що потребує найменших витрат часу, адже вчитель дуже обмежений у часі. Рівень їхньої активізації при цьому можна назвати «нижчим рівнем».

Він завжди має місце в наступних випадках:

- учні не мають достатньої «бази» для того, щоб взяти участь в обговоренні експерименту й результатів, що були одержані;

- дослід ставиться тільки для ознайомлення учнів з тим або іншим явищем без з'ясування його природи. Тобто він носить констатуючий, ознайомлювальний, але не пояснювальний характер, служить лише ілюстрацією;

- на основі експерименту вводяться нові поняття.

Другий рівень:

Вчитель виконує дослід, а учні або роблять висновки з нього, або пояснюють отримані результати. Цей спосіб активізації учнів можна рекомендувати майже у всіх випадках (крім розглянутого вище), якщо за якимись причинами не можна використати способи, що відповідають більш високому рівню активізації. Застосовуючи його, варто заздалегідь попередити учнів про те, що по закінченні досліду вони повинні будуть самостійно зробити висновки або пояснити результати. Їх судження доцільно враховувати при виставлянні оцінок за урок. У тих випадках, коли на досліді встановлюється нова закономірність, завдання учнів - зробити висновки зі спостережень. Даний спосіб активізації учнів (залучення їх до пояснення результатів досліду) часто виявляється доцільним і в тих випадках, коли учні не в змозі самі повністю пояснити показане явище. Потрібно допомогти їм - це краще, ніж залишати учнів у ролі глядачів і слухачів.

Третій рівень:

Учні прогнозують результат досліду. Перед тим як сформулювати відповідне питання, треба повідомити мету досліду й дати пояснення про улаштування і принцип дії демонстраційної установки. Цей спосіб забезпечує більш високий рівень активізації розумової діяльності учнів, тому що прогнозувати невідомий результат трудніше, ніж пояснити вже показане явище. Включившись у роботу ще до виконання досліду, вони з підвищеним інтересом і увагою очікують його результат, а потім, якщо той передбачений невірно, шукають правильне пояснення. Звичайно, потрібно добиватися, щоб передбачення обґрунтовувалося, підкріплювалося аргументами, а не було немотивованим припущенням. Даний спосіб активізації рекомендується застосовувати в тих випадках, коли є впевненість, що хоча б декілька учнів з класу зможуть висловити обґрунтовані міркування щодо очікуваних результатів досліду. Природно, що це можливо лише за умови, що необхідний навчальний матеріал уже пройдений і засвоєний. Передбачення результатів досліду або пояснення побаченого можливо при виконанні більшості шкільних демонстрацій. Учні швидко «здобувають смак» до такої роботи, їхня увага й активність помітно підвищуються, а якщо при цьому висловлюються суперечливі судження, то виникають дискусії, що сприяє інтенсивному розвитку мислення й здатностей учнів.

Доцільність застосування того або іншого способу активізації пізнавальної діяльності учнів залежить від багатьох обставин: ліміту часу, підготовленості й розвитку учнів класу, конкретного дидактичного завдання, що розв'язується на уроці, тощо. Важливо при підготовці демонстрацій завжди мати на увазі необхідність активізації учнів і застосовувати той або інший спосіб, в залежності від конкретних обставин.

Немає сумнівів у тому, що раціонально підібрана система демонстраційних дослідів дозволяє вчителеві істотно скоротити час на ясний та такий, що запам'ятовується, виклад навчального матеріалу на уроці. Але ясно також і те, що підготовка вчителя до уроку з демонстрацією дослідів вимагає великої й різноманітної роботи у фізичному кабінеті до уроку. І саме ця підготовча робота визначає успіх уроку, його ефективність. Погано підготовлений демонстраційний експеримент не тільки не допомагає, але навіть заважає і вчителеві, і учням. Саме через це ступінь володіння методикою й технікою демонстраційного експерименту є визначальним показником професійного рівня вчителя.

У загальному виді підготовка демонстраційного експерименту складається з наступних етапів:

- вивчення або розробка системи навчального демонстраційного експерименту;

- вибір схеми демонстрації для кожного демонстраційного досліду в наявній літературі або самостійне визначення шляхів і способів показу;

- орієнтовна оцінка необхідних технічних параметрів приладів, визначення, які прилади шкільного фізичного кабінету відповідають цим параметрам;

- виготовлення відсутніх деталей або виготовлення відсутніх приладів;

- збірка практичної схеми демонстрації, перевірка її працездатності;

- оцінка методичних якостей демонстраційної установки (видимість, виразність, відповідність змісту демонстрації змісту матеріалу, що вивчається);

- визначення умов успішності демонстрації, її надійності; пошук нових шляхів підвищення виразності, ефектності демонстрації;

- запис практичної схеми демонстрації й технології її виконання у картотеку демонстраційного експерименту (якщо демонстрація ставиться вперше);

- тренування у постановці демонстраційного досліду; багаторазове повторення демонстрації до уроку вселяють вчителеві впевненість в успіху на уроці, надає його рукам ту чіткість дій, ту легкість, які є ознакою будь-якої майстерності, ознакою високого професіоналізму.

Підготовка демонстраційних дослідів - це дослідницька робота у справжньому значенні цього поняття. Робота, що не терпить шаблону, але потребує мобілізації творчої енергії, вигадки, спритності, винахідливості, володіння певною сумою знань, практичних умінь і навичок у конструюванні демонстраційних установок і фізичних приладів [16]. При підготовці до демонстрації дослідів необхідно також пам'ятати, що існує ряд вимог, що пред'являються до постановки експериментів.

2.2 Основні вимоги до демонстраційного експерименту

Демонстраційні досліди проводяться у класі з 30 - 40 учнями. Зміст дослідів повинен з повною ясністю доводитись до розуміння кожного із присутніх на уроці. Це змушує пред'являти до таких дослідів методичні й технічні вимоги, які в основному зводяться до наступного [4].

а) На демонстраційному столі не повинно бути нічого, крім того, що показується в цей момент.

Демонстраційні прилади виставляються на стіл тільки з початком підготовки до показу даного досліду й негайно прибираються зі столу після завершення показу. Це правило обумовлене тим, що прилади, підготовлені вчителем до уроку й виставлені на видному місці, привертають увагу учнів, відволікають від ходу уроку. А до початку демонстрації учні вже значною мірою втрачають інтерес до цих приладів [16].

б) Досліди повинні бути завжди переконливими.

Вони не повинні викликати яких-небудь сумнівів у їхній справедливості й не давати приводу до неправильного тлумачення. Тому всі побічні явища, що супроводжують основне, повинні бути зведені до мінімуму, зроблені непомітними й не відволікаючими увагу від головного.

в) Демонстрації повинні бути чітко видні, щоб кожний учень неодмінно помітив явище, яке демонструється [4].

Прилади, що виставляються для демонстрації, розташовуються у центральній частині столу, на самому видному місці. Якщо демонстраційна установка складається з декількох приладів, то вони розташовуються так, щоб не загороджувати один одного. Із цією метою розміщують прилади на різних рівнях, вдаючись до допомоги різного роду підставок і піднімальних пристроїв [16].

г) Варто подбати про наочність і виразність.

Для цього варто збирати по можливості найбільш прості установки, у яких чітко, як би саме собою, виділялися б основні частини. Треба застосовувати яскраве пофарбування деталей приладів і проводів, вибирати для кожного випадку найбільш підходящі індикатори, підфарбовувати безбарвні рідини. Прагнути до одержання максимальної інтенсивності явищ, що демонструються [4].

д) Кожний дослід повинен бути надійним.

Він повинен бути ретельно підготовленим, неодноразово випробуваним. Невдала демонстрація порушує хід уроку, завжди викликає розчарування й навіть може зародити недовіру до вчителя. От чому при підготовці радять завжди пам'ятати прислів'я: «Сім разів відміряй, а один раз відріж» - кілька разів випробуй попередньо дослід, щоб один раз добре показати його.

е) Демонстраційні досліди повинні відрізнятися короткочасністю, щоб не затягувати уроку.

Органічно зливаючись зі змістом уроку, демонстрації повинні займати увагу учнів на якийсь час, необхідний й достатній для визначеної мети, але ніяк не більше, щоб не відволіктися й не піти убік від теми [3].

ж) Цікавість передбачає, що установка повинна викликати в учнів інтерес.

Демонстрації повинні викликати дію не тільки на розумове сприйняття, але й на уяву учнів, щоб можна було в ході уроку швидко мобілізувати загальну увагу класу на деякі невеликі проміжки часу. Тому треба показувати досліди емоційно.

з) Кожний з демонструємих дослідів повинен бути змістовним, добре оформленим.

Щоб запам'ятати основні моменти, не можна перевантажувати урок великою кількістю демонстрацій і створювати враження калейдоскопічності.

и) При підготовці й проведенні дослідів треба прагнути до мінімальних витрат засобів і енергії при максимальній методичній цінності експерименту й обов'язково дотримувати загальновідомих правил з техніки безпеки [4].

2.3 Обладнання шкільного кабінету фізики

Фізика - експериментальна наука. Для успішної реалізації експериментального методу навчання необхідна достатня учбово-матеріальна база, що формується в шкільному кабінеті фізики. Добре обладнаний кабінет фізики - необхідна умова для вирішення вчителем всіх завдань навчально-виховного процесу: освітньої, розвиваючої тощо. У кабінеті необхідно створити комфортне середовище й для вчителя, і для учня. Це середовище повинне бути організоване так, щоб у максимальному ступені сприяти успішності й забезпечувати виконання вимог до охорони здоров'я й безпеки праці вчителі й учня.

У Наказі Міністерства освіти і науки України [14] зазначено, що робочі місця вчителів фізики, хімії, біології та трудового навчання монтуються на підвищенні, обладнуються демонстраційним столом

Кабінет фізики забезпечується системою електрообладнання із загальних стаціонарних та спеціалізованих взаємозв'язаних електричних пристроїв і джерел, які вмикаються до мережі змінного трифазного струму (з фазною напругою 127 В або 220 В) та однофазного (від 5 В до 250 В) постійного струму з напругою від 0 до 100 В. У лаборантській встановлюється центральний щиток, від якого подається однофазний і трифазний струм на розподільний щиток, з випрямлячем і регулятором напруги (розміщеним поряд з класною дошкою). До учнівських столів у кабінеті фізики підводиться постійний електричний струм (до 42 В).

У кожному кабінеті (класній кімнаті) розміщується класна (аудиторна) дошка різних видів: на одну, три або п'ять робочих площ у розгорнутому або складеному вигляді. Середній щит класної (аудиторної) дошки на три або п'ять робочих площ може бути використаний для демонстрації екранно-звукових засобів навчання на навісному екрані. На окремих робочих площах, залежно від специфіки предмета, може бути накреслено графічну сітку для побудови графіків - у кабінетах математики і фізики. У кабінеті фізики, інформатики, хімії, майстернях трудового навчання, обслуговуючої праці має бути інструкція і журнали ввідного та періодичного інструктажу з техніки безпеки, пожежної безпеки.

ВИСНОВКИ

Результати роботи полягають у наступному:

а) На основі аналізу методичної й науково-методичної літератури з дидактики, методики й техніки постановки фізичного експерименту було з'ясовано педагогічну цінність і доцільність використання на уроках фізики демонстраційного експерименту.

б) Розглянуто види фізичного експерименту в залежності від виконавця досліду та його ролі у функціонуванні окремих компонентів теорії; види демонстраційного експерименту;

в) Встановлено основні вимоги до демонстраційного експерименту та виділили етапи підготовки вчителя до уроку з використанням демонстрації.

г) Підготовлено практичні схеми простих демонстраційних експериментів для явищ: повного внутрішнього відбиття, інтерференції світла, дифракції світла.

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Бондарь А.К. Грампластинка и дифракция света / А.К. Бондарь // Квант. - 1980. - №4. - С.131 - 134.

2. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике в 6 - 7 классах средней школы / Л.А. Горев - М.: Просвещение, 1985. - 175 с.

3. Демонстрационные опыты по физике в 6 - 7 классах средней школы / Покровский А.А., Буров В.А., Дубов А.Г., Зворыкин Б.С., Румянцев И.М.; Под ред. А.А. Покровского. - М.: Просвещение, 1974. - 272 с.

4. Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы. Т.I. Механика, теплота / Покровский А.А., Буров В.А., Зворыкин Б.С., Кузьмин А.П., Румянцев И.М.; Под ред. А.А. Покровского.- М.: Просвещение, 1971. - 366 с.

5. Кикнадзе Д. С. Прибор Серели / Д.С. Кикнадзе, Р.С. Кикнадзе // Физика в школе. - 2008. - №1. - С.46 - 50.

6. Ким К.К. Использование лазера в физическом эксперименте / К.К. Ким // Физика в школе. - 2008. - №1. - С.41.

7. Корсак К.В. Провідні глобальні процеси та перспективні шляхи змін освіти в Україні / К.В. Корсак // Наук. вістн. - 2005. - №90. - С. 277 - 285.

8. Крыжановский В.Г. Физика: Основные сведения школьного курса / В.Г. Крыжановский. - Донецк.: Бао, 2001. - 96 с.

9. Лабораторный практикум по теории и методике обучения физике в школе: Учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений / Каменецкий С. Е., Степанов С.В., Петрова Е.Б. и др.; Под ред. С.Е. Каменецкого и С.В. Степанова. - М.: Академия, 2002. - 304 с.

10. Малафіїк І.В. Дидактика: Навчальний посібник / І.В. Малафіїк. - К.: Кондор, 2005. - 398 с.

11. Матвеев А.Н. Оптика / А.Н. Матвеев. - М.: Высшая школа, 1985. - 353 с.

12. Методика использования физического эксперимента в учебном процессе. Сб. науч. тр. / Свердловск.: Свердл. пед. ин-т., 1985. - 136 с.

13. Павлова М.С. Функции эксперимента в научном и учебном познании / М.С. Павлова, Л.М. Любушкина // Физика в школе. - 2006. - №1. - С.46 - 50.

14. Про затвердження Положення про навчальні кабінети загальноосвітніх навчальних закладів: Наказ Міністерства освіти і науки України від 20.07.04, № 601, зареєстровано в Міністерстві юстиції України 9.09 04, № 1121 / 9720

15. Районні та обласні олімпіади юних фізиків: Донецька область, 2007/2008 навчальні роки / І.М. Пустиннікова, О.М. Семко, В.Д. Пойманов. - Донецьк.: ДонНУ, 2009. - 40 с.

16. Хорошавин С.А. Физический эксперимент в средней школе: 6 - 7 кл. / С.А. Хорошавин. - М.: Просвещение, 1988. - 175 с.

17. Чемберс М.Л. Запись компакт-дисков и DVD / М.Л. Чемберс. - М.: Диалектика, 2005. -- 304 с.

18. Чуянов В.А. Интерференция / В.А. Чуянов // ЭС юного физика. - М.,1984. - С. 104.

ДОДАТОК 1

1.1 Дифракція світла на СD або DVD диску

Якщо промінь від лазерної вказівки направити на поверхню СD або DVD диска, то на екрані у відбитому світлі можна спостерігати характерну дифракційну картину [15].

Інформація на диску записується у вигляді спіральної доріжки так званих піт (англ. pit - заглиблення), видавлених у полікарбонатній основі. Кожний піт має приблизно 100 нм у глибину й 500 нм завширшки. Довжина піта варіюється від 850 нм до 3,5 напівтемний. Проміжки між пітами називаються лендом (англ. land - простір, основа). Крок доріжок у спіралі становить 1,6 мкм [17]. Отже поверхню диску можна вважати відбивною дифракційною решіткою з періодом d, рівним відстані між доріжками

Нехай на відбивну решітку з періодом d падає плоска монохроматична хвиля довжиною під кутом до решітки. Відповідно до принципу Гюйгенса-Френеля, кожна точка відбиваючої поверхні решітки стає самостійним точковим джерелом, що посилає світло по всіляких напрямках.

2

Рисунок. 1.1

Розглянемо хвилі, що поширюються під кутом до решітки (рис. 1.1)

За допомогою збираючої лінзи (наприклад кришталика ока) ці хвилі можна зібрати в одну точку. Знайдемо умову, коли при додаванні хвилі будуть підсилювати одна одну.

Різниця ходи променів 1 і 2, що йдуть від відповідних точок А і В двох сусідніх ділянок, що відбиваються решіткою (рис. 1.2), дорівнює

|АК| = |NB| = d sin - d sin = d (sin - sin ), (1.1)

де KB - фронт відбитої хвилі у напрямку під кутом , AN - фронт падаючої хвилі. Якщо різниця ходи кратна довжині хвилі, фази коливань, що прийшли із точок А и В, тому коливання будуть однакові. Коливання будуть підсилювати одне одного. Аналогічно поводяться й всі інші ділянки решітки.

2

Рисунок. 1.2 - Відбивна дифракційна решітка

Отже, умову утворення головних максимумів можна записати так:

d (sin - sin ) = k , (1.2)

де k =0, 1, 2,… Зазвичай період решітки багато менше довжини хвилі (d), тому кути малі. Це означає, що головні максимуми розташовуються дуже близько один до одного й дифракційна картина виходить дуже нечіткою. Однак чим більше - кут падіння променів на решітку, тим більше кути . От чому краще використовувати не нормальне, а похиле падіння променів на решітку [1]. При похилому падінні променів на решітку умовою головних максимумів як і раніше є рівність різниці ходи променів у сусідніх щілинах цілому числу хвиль. А це означає, що дифракція при похилому падінні променів на решітку відбувається так, як при прямому, однак як період виступає проекція періоду решітки на перпендикулярний падаючому променю напрямок.

Тобто дифракція відбувається як би на решітці з меншим періодом, який дорівнює d cos [11].

1.2 Принцип дії світловоду

Заповнену рідиною поліпропіленову трубку, вигнуту у вигляді підкови, поміщають у паз і лазерною вказівкою освітлюють один з торців трубки. Вигнута трубка майже цілком освітлюється через явище повного внутрішнього відбиття світла [5]. Оскільки лазерна вказівка випромінює світло в червоному діапазоні, необхідно налити в трубку розчин перманганату калію - марганцівки.

Примітка. Слово «лазер» є скороченим записом англійської фрази Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, що переводитися так: посилення світла шляхом індуцьованого випускання випромінювання.

Також дослід бажано проводити у кабінеті фізики із затемненням (через недостатню потужність лазерної вказівки) [6].

Нехай промінь падає на границю розділу оптично більше густішого середовища, (з більшим показником заломлення), з оптично менш густішим. У цьому випадку промінь може повністю відбитися (рис. 1.3).

Повне внутрішнє відбиття може спостерігатися в тому випадку, коли світло, що падає на границю розділу двох прозорих середовищ, повністю відбивається від цієї поверхні. Кут падіння , при якому кут заломлення дорівнює 90 називається граничним кутом повного відбиття. Закон заломлення для цього випадку має вигляд:

й (1.3)

Де и - абсолютні показники заломлення, які показують, у скільки разів швидкість світла в даному середовищі менше швидкості світла у вакуумі:

(1.4)

Для границі розділу середовище - повітря закон Снелліуса має вигляд:

(1.5)

2

Рисунок. 1.3 [8].

1.3 Досліди з інтерференції

- Інтерференцію світлових хвиль можна спостерігати при розгляданні на сонячному або електричному світлі слідів від пальців рук на чистому знежиреному склі.

- Добре спостерігається інтерференційна картина на лазерному диску, якщо розглядати його під деяким кутом у напрямку до сонця або лампи накалювання (рис. 1.4).

2

Рисунок. 1.4 - Інтерференція на СD або DVD диску від сонячних променів

- Перед запиленим дзеркалом запалити ліхтарик (рис. 1.5). Навколо лампочки можна побачити райдужну облямівку. Вона виникає через інтерференцію світла, відбитого дзеркалом, яке покрите хаотично розташованими частками пилу. Ці частки утворюють дифракційні решітку [18].

Рисунок. 1.5

- Візьміть дві скляні пластинки розміром 60?80 мм (можна й іншого розміру). Злегка змажте поверхню однієї пластинки вазеліном і посипте тальком. Тонкий прозорий шар тальку накрийте другою пластинкою. Краї пластинок заклейте папером. Глянете через пластинки на ввімкнену лампу накалювання. Ви побачите навколо лампи райдужні кільця, які виникають внаслідок явища дифракції. На частках тальку промені відхиляються й интерферують [2].