Использование учебного эксперимента на уроках физики

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЧЕБНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА УРОКАХ ФИЗИКИ

 

Одним из путей осуществления связи теории с практикой является использование учебных экспериментов,   которые показывают учащимся законы в действии, выявляют объективность законов природы, их обязательное выполнение, показывают использование людьми знаний законов природы для предвидения явлений и управления ими, важность их изучения для достижения конкретных, практических целей. Учебный  эксперимент можно рассматривать как один из методов активизации познавательной деятельности на уроках физики. Учебный эксперимент - это воспроизведение с помощью специальных приборов физического явления на занятии в условиях, наиболее удобных для его изучения.

Учебный эксперимент служит одновременно источником знаний, методом обучения и видом наглядности.

Учебный эксперимент способствует формированию самостоятельности и активности мышления учащихся, их творческих способностей, умений ставить и решать познавательные проблемы, анализировать, обобщать и делать выводы.

Уроки без демонстраций и практических работ скучны, т.к. не используется связанная с экспериментом возможность вовлечения учащихся в активный познавательный процесс. Галилео Галилей сказал  «Нельзя чему-то научить человека, можно только помочь ему сделать для себя это открытие».

Учебный экспериментальный метод включает в себя:

v  формулирование гипотезы;

v разработку эксперимента;

v  постановку эксперимента;

v  обработку экспериментальных данных.

Рабочая гипотеза, равно как и метод экспериментирования, не сообщаются учащимся самим учителем, не навязываются в готовом виде.

В процессе выбора метода экспериментирования учителю надо ставить такие  вопросы и так, чтобы они подводили учащихся, как к способу получения явления, так и к способу его наблюдения.

Если в процессе формирования рабочей гипотезы постепенно развивается логическое мышление учащихся, то в процессе разработки эксперимента (в основном силами учащихся) они учатся изобретать. На этапе обработки экспериментальных данных  учитель должен приучать учащихся делать соответствующие выводы из только что полученных данных.

Учитель должен предложить учащимся сравнить полученные данные, обращает внимание на соответствующие условия их получения, требует там, где нужно, произвести необходимые вычисления, подводит учащихся к применению того или иного приема обработки результатов.

При обосновании версий у детей формируются умения поиска, изучения и обработки информации. На данном этапе исследовательской деятельности ученик углубляет свои знания по предмету, лучше в нем ориентируется. В курсе физики очень много тем, при объяснении которых можно применить экспериментально – исследовательский метод. Конечно, для большинства из них, необходимо соответствующее оборудование, но есть такие темы, для объяснения которых большой запас лабораторного и демонстрационного оборудования  не требуется. Так, например, для изучения механических колебаний достаточно иметь линейку, нить, небольшое тело и секундомер. Для изучения свойств человеческого глаза достаточно листа бумаги, зеркала и карандаша. Для изучения движения и взаимодействия молекул вполне хватит стакана с водой, мела, пластилина, духов и какой-нибудь краски. Безусловно, этот список можно продолжать и дальше.

Я в своей работе использую следующие виды учебных экспериментов; демонстрационный эксперимент,  фронтальные эксперименты, фронтальные лабораторные работы,  экспериментальные задачи,  домашние эксперименты,  виртуальные эксперименты.
1. Демонстрационный эксперимент.  Во всей совокупности школьного физического эксперимента основное место занимает демонстрационный эксперимент, который присутствует в том или ином виде почти на каждом уроке физике. Это необходимый элемент учебной деятельности на уроках физики. Ученики здесь осваивают такой простой, но важный метод познания природы, как направленное наблюдение, учатся анализировать и делать выводы. Учащиеся, наблюдая, обсуждая и вникая  сущность демонстрируемого, видя и мысленно «повторяя» действия учителя при демонстрации опыта, получают и первоначальные экспериментальные умения. При демонстрации эксперимента важно, чтобы обучающиеся сами могли объяснить увиденное явление и методом мозгового штурма пришли к общему выводу.

2.Фронтальные эксперименты 

Они проводятся учащимися самостоятельно на уроке, часто в группах, в большинстве случаев они работают по готовым инструкциям. Иногда усложняю задания: предлагаю открытые задания по изучению какого-либо физического явления, и как вариант, дополнительное задание – составить самим пошаговую инструкцию по изучению данного явления.

Замысел на таких уроках не просто поставить перед учениками проблему, а сделать так, чтобы каждый школьник захотел её решить.

3.Фронтальные лабораторные работы. Как правило, такие работы проводим по описанию, представленному в учебнике. Лабораторные работы способствуют формированию у школьников экспериментальных умений и навыков, развивают интерес к предмету.

4. Экспериментальные задачи представляют собой задания, данные  в которых учащиеся получают из опытных условий. По специальному алгоритму учащиеся собирают опытную установку, выполняют измерения  и результаты измерений используют в решении задачи.
Экспериментальные задачи - это небольшие по объему, связанные непосредственно с изучаемым материалом задания, направленные на усвоение практических навыков, которые включаются в разные этапы урока (проверка знаний, изучение нового учебного материала, закрепления знаний, самостоятельная работа на учебном занятии). Очень важно после выполнения экспериментальной задачи проанализировать полученные результаты, сделать выводы. Особенно ценным надо признать такие экспериментальные задачи, данные для решения которых, берутся из опыта, протекающего на глазах учащихся, а правильность решения проверяется опытом или контрольным прибором.

5.Домашний эксперимент. Его ученик проводит уже полностью самостоятельно. Домашний эксперимент можно проводить на простейших, имеющихся в каждом доме «приборах», или тех, которые ученик может сделать сам из подручного материала. После прохождения определенной главы дети получают домашние экспериментальные задания разного уровня, которые можно выполнить, используя предметы домашнего обихода. В задачу ребят входит пронаблюдать то или иное физическое явление, описать увиденное, сделать вывод.

8.  Виртуальные эксперименты. Они приобретают все большую актуальность. И могут быть как демонстрационными, так и полноценными лабораторными работами со всеми их атрибутами. Виртуальные эксперименты использую  в основном тогда, когда нет возможности показать эксперимент в реальном времени.

 

А сейчас я предлагаю рассмотреть , как можно использовать различные виды  учебных экспериментов практически на всех  этапах урока. В качестве  примера я выбрала одну из фундаментальных тем курса физики в восьмом классе по теме Связь силы тока и напряжения. Закон Ома для участка электрической цепи».

 

На этом уроке нам  необходимо  ввести понятие «сопротивление»; раскрыть взаимосвязь силы тока, напряжения и сопротивления на участке     электрической цепи и сформулировать закон Ома для участка цепи.

 

На предыдущих уроках учащиеся рассматривали  электрические цепи, учились собирать простейшие электрические цепи, подключать амперметр и вольтметр, измеряли силу тока и напряжение. Поэтому уже на этапе проверки домашнего задания и актуализации опорных знаний можно предложить учащимся практическое задание.  Обязательно перед началом практической работы необходимо  напомнить учащимся правила безопасности при работе с электроприборами (учащиеся проговаривают  правила безопасности, учитель дополняет). 

Учащимся предлагается собрать простейшую электрическую цепь. Подключить в  цепь амперметр и вольтметр. Измерить силу тока и напряжение. Данная цепь будет использоваться в течение урока.

 

Актуализация опорных знаний.  Постановка целей и задач урока

Цель: подвести учащихся к формулировке темы  и цели урока.

Назовите основные величины, характеризующие электрические цепи. 

(Сила тока и напряжение).

Учащимся предлагается дать характеристику каждой величине по следующему плану:

1. Название величины

2. Что характеризует данная величина

3. Как обозначается

4. В каких единицах измеряется

5. Каким прибором измеряется

7. Как подключается в цепь?

Сначала характеризуем напряжение, потом силу тока.

Ставится проблемный вопрос: А от чего зависит сила тока? Почему в сварочном аппарате сила тока в миллионы раз больше, чем в электронных часах?

 Сегодня на уроке мы узнаем от  чего зависит сила тока и изучим закон, который устанавливает связь между такими величинами, как сила тока и напряжение.

Другой вариант. Я часто использую на уроках кроссворды, ребусы.

-Чтобы узнать название данного закона и темы урока, давайте разгадаем кроссворд (приложение 2)  и отгадаем выделенное слово по вертикали. 

- Какое выражение мы получили?

- Закон Ома.

Итак, взаимосвязь между силой тока и напряжением выражается законом, который называется законом Ома.

Откройте тетради и запишите тему урока: «Связь силы тока и напряжения. Закон Ома для участка электрической цепи».

На этапе изучения нового материала  проводится первый эксперимент. Цель эксперимента: установить зависимость силы тока в цепи  от напряжения (при постоянном сопротивлении).

Сделать это можно разными способами.

1.   Фронтальный эксперимент. Учащиеся проводят, используя инструкцию. Делают выводы.

2.   Используем  единый информационно-образовательный ресурс.

3.   Демонстрационный эксперимент. Показывает учитель.

4.   Виртуальный эксперимент.

 

Фронтальный эксперимент

Ход работы:

1. Составьте цепь, включив в неё последовательно источник тока, ключ, резистор, амперметр. К клеммам резистора присоедините вольтметр.

2. Замкните цепь и отметьте показания амперметра и вольтметра.

3. К первому источнику тока присоедините второй такой же источник тока  и снова замкните цепь и отметьте показания амперметра и вольтметра.

4. Присоедините еще один такой же источник тока  и снова замкните цепь и отметьте показания амперметра и вольтметра.

5. Сделайте вывод.

3. Постройте график зависимости силы тока от напряжения.

Учащиеся делают вывод:

При увеличении напряжения, сила тока тоже увеличивается. Строят график на заготовках.

А сейчас, внимание на экран. Давайте посмотрим, правильно ли вы все сделали.

Видеофрагмент из единого информационно-образовательного ресурса.

Таким образом, сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на  проводнике (I~U).

А теперь посмотрите на график. График – прямая линия, то есть график подтверждает прямую пропорциональную зависимость  силы тока от напряжения.

Такой график называется вольт-амперной характеристикой проводника.

Демонстрационный эксперимент. Показывает учитель

Учитель:  Соберем электрическую цепь, состоящую из источника тока, резистора, ключа, амперметра, соединив все последовательно. А теперь подключим к резистору вольтметр параллельно. Обязательно соблюдаем технику безопасности при работе с  электрическими приборами!

Замкнем цепь и зафиксируем в таблице значение силы тока, которое показывает амперметр и напряжения, которое показывает вольтметр. Сопротивление цепи при этом остается неизменным. А теперь изменим напряжение в цепи, и снова зафиксируем значения амперметра и вольтметра.

Для установления точной зависимости необходимо сделать минимум три опыта.

Виртуальный эксперимент.  (ЭСО «Электриество»)

 

После проведения эксперимента в любом виде, учащиеся сами делают выводы и строят график зависимости силы тока от напряжения.

Опыт работы показывает, что ученики лучше воспринимают тот материал и те факты, которые они наблюдают визуально, т.е. в картинках и графиках. Мы очень часто на уроках устанавливаем графические зависимости физических величин, чертим графики, схемы, учимся их читать.

 

Следующий  эксперимент  проводится с целью введения новой величины – сопротивления. Рассматриваем электрическую цепь, состоящую из источника тока, амперметра, вольтметра, набора различных проводников, ключа.

В цепь по очереди включаем проводники, обладающие различными сопротивлениями. Напряжение во время опыта поддерживается  постоянным. Измеряем силу тока. Сила тока у разных проводников различная, хотя напряжение постоянно.  Значит, она зависит не только от напряжения, но и от   проводников, включенных в цепь. Наводящими вопросами  пытаемся выяснить, в чем же причина изменения силы тока и вводим понятие «сопротивление проводника».

Вопросы:

А что собой представляет электрический ток в проводниках?

Каков характер движения электронов?

Как вы думаете, встречаются ли препятствия на пути движущихся электронов? 

А что оказывает препятствия на пути электронов?

Ответы: (Ток в металлах представляет собой упорядоченное движение электронов. На пути электронов встречаются другие частицы, с которыми происходит столкновение.) 

Эти частицы оказывают противодействие направленному движению заряженных частиц или, как мы будем называть,  оказывают сопротивление.  Сопротивление - это физическая  величина, присущая всякому проводнику. Обозначается буквой R. (по первой букве латинского слова resisto – сопротивляюсь).

 

Данный эксперимент может быть, как демонстрационным, так и фронтальным.

 

 Следующий эксперимент проводим с целью установить зависимость силы тока в цепи  от сопротивления проводника (при постоянном напряжении).

Проверим, как зависит сила тока в цепи от сопротивления. Как можно это сделать?

Предположения учащихся: включить в электрическую цепь с постоянным напряжением  проводники с различным сопротивлением и наблюдать за показаниями амперметра.

Сделать это можно разными способами.

1.   Демонстрационный эксперимент. Показывает учитель.

2.   Фронтальный эксперимент. Учащиеся проводят, используя инструкцию. Делают выводы.

3.   Виртуальный эксперимент.

 

Анализируя результаты опытов 1 и 3  выводим формулу  .

На этапе закрепления нового материала можно предложить учащимся экспериментальную задачу. Например,

Перед вами лампочки от карманного фонарика. Определите сопротивление лампочки.

Учащиеся экспериментально определяют силу тока и напряжение и по формуле рассчитывают сопротивление лампочки.

Домашнее задание:

Магнитный карандаш

Батарейка.

Толстый карандаш.

Проволока. Диаметр от 0,2 до 0,5 мм.

Изолента.

Ход эксперимента:

 

Обмотать проволоку возле карандаша, оставить расстояние до края – 0,5 – 1 см.

По окончании одного ряда – намотать второй ряд в противоположном направлении. До того момента, когда проволока не будет полностью намотана. Главное – запастись двумя концами проволоки примерно 8 см. Закрепить с помощью скотча витки, чтобы те не размотались.

Почистить оставшиеся 2 конца проволоки, подсоединив к батарейке.

Результат опыта: в ходе опыта по физике в домашних условиях, удалось сделать магнит, способный присоединять небольшие железные объекты.

 

Лимонная батарейка

Батарейка с легкостью создается из фруктов. Напряжение зависит от фрукта. Преимущество лимона заключается в лимонной кислоте, способной к созданию электрического тока.

Необходимые инструменты:

Лимон.

Проволока (медь). Чем больше эксперимент, тем больше понадобится проволоки. При ее отсутствии потребуется монета.

Пластина из цинка. В качестве пластины используется болт, шурупы, проволока.

Светодиод. (Фиксирует ток).

Последовательность действий:

Взять лимон, помять его.

Положить на 2 см вглубь медные проводники.

Присоединить провод к прутьям.

Собрать еще 1 такую конструкцию, соединив между собой. Или вставить еще по медному проводу. Соединить их между собой. Вторая батарейка требуется, так как от одной светодиод не загорится. Теперь лимонная батарейка производит электричество.

 

Анализ опыта: Такой элемент питания осуществляет взаимодействие между проводниками. Когда проводники помещают во фрукт, металлы находятся среди кислоты. Реакция происходит, ионы передвигаются, производя энергию.