Этапы деятельности при проведении демонстрационного и лабораторного эксперимента
Автор: Протасова Мария Анатольевна
Организация: ГБОУ «Школа № 1793 имени Героя Советского Союза А.К. Новикова»
Населенный пункт: г. Москва
Согласно Федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования при изучении предметной области «Естественнонаучные предметы», в частности физики, одним из результатов обучения учащихся является: умение проводить экспериментальные исследования, самостоятельно собирать экспериментальную установку, описывать ход опыта, представлять полученные зависимости физических величин с учетом погрешности измерений, формулировать выводы по результатам исследования [4].
Эксперимент – один из наиболее доступных и наиболее часто используемых в процессе обучения физике методов познания, развитие знаний о котором происходит на всём протяжении изучения курса физики [3].
Отбор содержания экспериментов формируется в соответствии со структурой научного знания: от исходных эмпирических данных к гипотезе, от неё к системе следствий и далее к экспериментальной проверке и практическому применению. Эксперимент играет важную роль на этапе накопления знаний и на этапе применения и проверки полученных знаний как метод физического исследования [1,2].
Проведение демонстрационного эксперимента по введению физической величины, при изучении закона, выводного положения, лабораторного эксперимента и работ практикума осуществляется посредством схемы экспериментальной деятельности, которая представлена в виде таблицы 1.
|
Формирование цели эксперимента. |
|
Выдвижение гипотезы исследования. |
|
Разработка модели эксперимента. Проведение мысленного эксперимента. |
|
Определение, подбор оборудования и материалов. Создание экспериментальной установки. |
|
Практическая реализация плана эксперимента. Объяснение на основе эксперимента изученного материала. |
|
Переход к математическим моделям. |
Таблица 1
Пункты таблицы расположены в последовательности, отражающей логику научного и учебного познания. Следует отметить, что при проведении демонстрационного эксперимента учитель на конкретных примерах анализирует свою деятельность, выделяет в этой деятельности необходимые логические элементы. Важно, чтобы этот процесс происходил на глазах учеников при активном их участии. Ознакомление со схемой экспериментальной деятельности, работа с ней, приводит к формированию у учащихся обобщённых познавательных умений. Такие умения обладают свойством переноса. Будучи сформированы на уроках физики при изучении какого-либо материала, они успешно могут применяться при изучении другого, например, при самостоятельном проведении лабораторного эксперимента и работ практикума других разделов физики. Использование обобщённых схем ускоряет процесс обучения и способствует повышению качества знаний.
Выделенная схема экспериментальной деятельности реализуются в системе демонстрационных, лабораторных, практических работ при рассмотрении электрического, магнитного и электромагнитного полей.
Применение схемы экспериментальной деятельности к системе демонстрационного эксперимента по введению физической величины рассмотрим на примере введения вектора индукции магнитного поля.
Рассмотрим опыты Эрстеда по установлению связи между электрическими и магнитными явлениями (таблица 2).
|
Формирование цели эксперимента. |
Полосовой магнит и магнитная стрелка ориентируются в магнитном поле Земли. Определить ориентирующее действие проводника с током на магнитную стрелку. |
|
Выдвижение гипотезы исследования. |
Если вокруг проводника с током (движущихся зарядов) существует магнитное поле, то оно будет оказывать ориентирующее действие на магнитную стрелку. |
|
Разработка модели эксперимента. Проведение мысленного эксперимента. |
Магнитная стрелка изменяет своё положение при замыкании цепи. Определение направления поворота магнитной стрелки в зависимости от её положения около проводника. |
|
Определение, подбор оборудования и материалов. Создание экспериментальной установки. |
Источник тока, ключ, реостат, соединительные провода, компас или магнитная стрелка на подставке. Поставим магнитную стрелку на стол. Она установится в направлении «север-юг». Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока, реостата, ключа. Проводник расположим вдоль стрелки над ней. |
|
Практическая реализация плана эксперимента. Объяснение на основе эксперимента изученного материала. |
Замыкаем цепь ключом. Магнитная стрелка поворачивается и устанавливается перпендикулярно проводнику. При размыкании цепи стрелка возвращается в первоначальное положение. Помещаем проводник под стрелкой. При замыкании цепи стрелка поворачивается. Но положение её концов изменяется по сравнению с предыдущим опытом. Вокруг проводника с током существует магнитное поле. Магнитное поле ориентирует стрелку перпендикулярно, если стрелка находится под или над проводником. |
|
Переход к математическим моделям. |
Введение вектора индукции магнитного поля. Определение линий индукции магнитного поля. |
Таблица 2
По приведённой схеме экспериментальной деятельности рассматривается установка Ампера по взаимодействию проводников с токами, так же установка по взаимодействию проводника с током и магнитом.
Из опытов Эрстеда и Ампера формулируется вывод, что движущиеся заряды создают магнитное поле, что взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки, двух проводников с токами осуществляется посредством магнитного поля. Характеристика магнитного поля – магнитная индукция – вводится на примере однородного магнитного поля [3].
Применим схему экспериментальной деятельности, рассмотренную выше, к системе демонстрационного эксперимента при изучении закона, на примере закона электромагнитной индукции.
Рассмотрим один из опытов, предложенный Фарадеем. Две одинаковые катушки насажены на железный сердечник. К одной из катушек присоединяется гальванометр, вторая катушка соединяется с источником тока. При замыкании и размыкании ключа в цепи второй катушки, стрелка гальванометра отклоняется вправо или влево от нулевого положения, т.е. в первой катушке появляется электрический ток. Если во второй катушке установить постоянный ток, то в первой катушке ток не возникнет (таблица 3).
|
Формирование цели эксперимента. |
Электрический ток намагничивает кусок железа. Может ли магнит или, согласно гипотезе Ампера, магнитное поле проводника с током вызвать появление электрического тока? Определить связь между магнитным и электрическим взаимодействием. |
|
Выдвижение гипотезы исследования. |
Если изменяется магнитный поток, пронизывающий контур, то в контуре возникает электрический ток. |
|
Разработка модели эксперимента. Проведение мысленного эксперимента. |
Магнитный поток, пронизывающий первую катушка, изменяется при замыкании или размыкании ключа, включённого в цепь второй катушки. Магнитный поток не изменяется, если во второй катушке установить постоянный ток. |
|
Определение, подбор оборудования и материалов. Создание экспериментальной установки. |
Источник тока, гальванометр, две одинаковые катушки, железный сердечник, ключ, соединительные провода. Две катушки насажены на железный сердечник. Первая катушка присоединяется к гальванометру, вторая катушка соединяется с источником тока через ключ. |
|
Практическая реализация плана эксперимента. Объяснение на основе эксперимента изученного материала. |
Замыкаем и размыкаем ключ в цепи второй катушки, при этом стрелка гальванометра отклоняется вправо или влево от нулевого положения, т.е. в первой катушке появляется электрический ток. Если во второй катушке установить постоянный ток, то в первой катушке ток не возникнет. При замыкании ключа в цепи второй катушки сила тока в ней возрастает от нуля до максимального значения. С возрастанием силы тока магнитный поток, пронизывающий первую катушку, увеличивается. В этот промежуток времени в первой катушке создаётся ток. Стрелка гальванометра отклоняется. В момент размыкания цепи второй катушки сила тока в ней уменьшается до нуля. Уменьшается магнитный поток. В этот промежуток времени гальванометр в цепи первой катушки регистрирует ток. В замкнутом проводящем контуре возникает электрический ток при изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную этим контуром. |
|
Переход к математическим моделям. |
Определение зависимости силы индукционного тока в замкнутом проводящем контуре от скорости изменения пронизывающего его магнитного потока. Формулировка закона электромагнитной индукции. |
Таблица 3
Учащиеся, проявляющие интерес к физике, на основе электронной теории могут объяснить явление возникновения свободных затухающих колебаний, который служит критерием истинности теоретических следствий [3]. Они используют схему экспериментальной деятельности, рассмотренную выше (таблица 4).
|
Формирование цели эксперимента. |
Имеется заряженный конденсатор. Что можно наблюдать, если замкнём его на катушку индуктивности? Определить возникновение электромагнитных колебаний. |
|
Выдвижение гипотезы исследования. |
Если переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле и наоборот, то в колебательном контуре могут возникать свободные электромагнитные колебания. |
|
Разработка модели эксперимента. Проведение мысленного эксперимента. |
На заряженные частицы со стороны электрического поля действует сила, под действием которой они движутся. Возрастающий ток порождает магнитное поле с индукцией |
|
Определение, подбор оборудования и материалов. Создание экспериментальной установки. |
Катушка индуктивности, конденсатор, источник тока, гальванометр для наблюдения колебаний, ключ, соединительные провода. Конденсатор соединён с источником тока и с катушкой через ключ. Гальванометр связан с катушкой колебательного контура индуктивно, посредством небольшой однослойной обмотки. |
|
Практическая реализация плана эксперимента. Объяснение на основе эксперимента изученного материала. |
Заряжаем конденсатор. Переключаем его на катушку. Стрелка гальванометра совершает несколько гармонических колебаний. При порождении вихревого электрического поля переменным магнитным полем и наоборот, в колебательном контуре возникают свободные электромагнитные колебания. При этом периодически изменяются заряд на конденсаторе, напряжение на пластинах конденсатора, сила тока в катушке, электрическое и магнитное поля в контуре. |
|
Переход к математическим моделям. |
Определение гармонического закона зависимости заряда от времени в идеальном колебательном контуре. |
Таблица 4
Рассмотренный пример показывает, что способы деятельности учащихся при анализе и проведении демонстрационного и лабораторного эксперимента примерно одинаковы.
Овладение выделенной последовательностью действий при проведении демонстрационного и лабораторного эксперимента приведёт к формированию у учащихся знаний и умений использовать экспериментальный метод в познавательной и проектной деятельности, при подготовке к сдаче общего государственного экзамена при выполнении экспериментальных заданий, заданий на соответствие, на распознавание явлений [5].
Литература.
- Протасова М.А. Содержательная модель деятельности по обучению учащихся экспериментальному методу познания.//Педагогический поиск - основа развития творческого потенциала учителя и ученика. М.: ЗАО "Книга и бизнес", 2012. - 31 с.
- Протасова М.А. Метод измерения в курсе физики основной школы. Стр. 75-79.//Проблемы и перспективы развития образования по физике: Общеобразовательные учреждения, педагогические вузы: доклады научно-практической конференции (г. Москва, 11-12 апреля 2018 года). /Моск. гос. обл. ун-т – М.: ИИУ МГОУ, 2018. – 144 с.
- Физика : 9-й класс : учебник/ И.М. Перышкин, Е.М. Гутник, А.И. Иванов, М.А. Петрова. – 2-е изд., стер. – М.: Просвещение, 2023. – 351, [1] с.6 ил.
- Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования. Утвержден приказом Министерства образования
и науки Российской Федерации от «17» декабря 2010 г. № 1897 (ред. От 11.12.2020) https://fgos.ru/fgos/fgos-ooo/ - Федеральный институт педагогических измерений.
http://www.fipi.ru/oge-i-gve-9/demoversii-specifikacii-kodifikatory
Опубликовано: 25.12.2023
Авторский сертификат
Диплом участника конкурса
Сертификат слушателя вебинара
Регистрация в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)
Регистрация Российской книжной палаты, международный стандартный серийный номер ISSN: 2782 – 4209
