Методические подходы к организации учебного процесса на уроках физики.

Феденева Наталия Владимировна

МБОУ «Гимназия №1 имени А.А. Иноземцева»

город Братск Иркутская область

Методические подходы к организации учебного процесса на уроках физики.

Важное место в формировании практических умений и навыков у учащихся на уроках физики отводится демонстрационному эксперименту и фронтальной лабораторной работе. Физический эксперимент на уроках физики формирует у учащихся накопленные ранее представления о физических явлениях и процессах, пополняет и расширяет кругозор учащихся. В ходе эксперимента, проводимого учащимися самостоятельно во время лабораторных работ, они познают закономерности физических явлений, знакомятся с методами их исследования, учатся работать с физическими приборами и установками, то есть учатся самостоятельно добывать знания на практике. Но для проведения полноценного физического эксперимента, как демонстрационного, так и фронтального необходимо в достаточном количестве соответствующее оборудование. В настоящее время школьные лаборатории по физике очень слабо оснащены приборами по физике и учебно-наглядными пособиями для проведения демонстрационных и фронтальных лабораторных работ. Имеющееся оборудование не только пришло в негодность, оно также морально устарело и имеется в недостаточном количестве. Применение только традиционной методики проведения физического эксперимента приводит к низкому уровню умений и практических навыков учащихся по физике. Ученики не умеют анализировать, понимать и интерпретировать графики и таблицы, полученные в ходе эксперимента, не умеют объяснять суть физических явлений, не понимают закономерности физических процессов, не умеют самостоятельно добывать нужную информацию из различных источников, в том числе электронных. Если наряду с реальным экспериментом, проводить физический эксперимент и фронтальные лабораторные работы, используя виртуальные модели посредством компьютера, то можно скомпенсировать недостаток оборудования в физической лаборатории школы. Таким образом, появляется возможность научить учащихся самостоятельно добывать физические знания в ходе физического эксперимента на виртуальных моделях, то есть формируется необходимая информационная компетентность у учащихся. Компьютерный эксперимент способен дополнить “экспериментальную” часть курса физики. Применение информационных технологий в процессе обучения позволяет выделить две группы планируемых образовательных результатов.

Относительно учащихся:

• Учащимся предоставляется возможность индивидуальной исследовательской работы с компьютерными моделями, в ходе которой они могут самостоятельно ставить эксперименты, быстро проверять свои гипотезы, устанавливать закономерности физических явлений и процессов.
• Задается индивидуальный темп обучения для каждого ученика, появляется возможность повторения эксперимента в неурочное время на домашнем компьютере.
• Появляется реальная возможность выполнения компьютерной лабораторной работы, которую невозможно выполнить в условиях школьной лаборатории.
• Ученики приобретают навыки оптимального использования персонального компьютера в качестве обучающего средства.
• Учащиеся получают навыки работы с электронными ресурсами.

Относительно учителя:

• У учителя высвобождается время для индивидуальной работы с учащимися 
• Появляется возможность проведения быстрой индивидуальной диагностики результатов процесса обучения.

Использование физического эксперимента — важнейшее условие эффективности учебного процесса. Эксперимент является основой принципа наглядности, базой для формирования практических умений. Вместе с тем, образовательный стандарт по физике ориентирует учителя на организацию учебного процесса, в котором ведущая роль отводится самостоятельной деятельности учащихся. Это принципиально изменяет роль, место и функции эксперимента в организации учебного процесса сравнительно с отмеченными выше его функциями: эксперимент — не только средство обучения, но и основа для освоения учащимися естественнонаучного метода познания. Экспериментальные умения, которые должны приобрести ученики, можно разделить на два типа. К первому типу могут быть отнесены умения по прямому и косвенному измерениям следующих физических величин в основной школе: масса, объем, сила (упругости, тяжести, трения скольжения), расстояние, промежуток времени, сила тока, напряжение, плотность, период колебаний маятника, фокусное расстояние собирающей линзы; средняя (полная) школа: ускорение свободного падения, коэффициент трения скольжения, жесткость пружины, удельная теплоемкость вещества, ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, удельное сопротивление проводника, показатель преломления, фокусное расстояние и оптическая сила собирающей линзы, длина световой волны. Второй тип умений — это общеучебные умения: построение графиков, планирование эксперимента, проведение исследований эмпирических закономерностей и т. д.

 Использование компьютера на уроках оправдано, прежде всего, в тех случаях, в которых он обеспечивает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Одним из таких случаев является использование компьютерных моделей в учебном процессе. Следует отметить, что под компьютерными моделями  понимаются компьютерные программы, которые позволяют имитировать физические явления, эксперименты или идеализированные ситуации, встречающиеся в задачах. Компьютерное моделирование позволяет получать наглядные динамические иллюстрации физических экспериментов и явлений, воспроизводить их тонкие детали, которые часто ускользают при наблюдении реальных явлений и экспериментов. При использовании моделей компьютер предоставляет уникальную, не достижимую в реальном физическом эксперименте, возможность визуализации не реального явления природы, а его упрощённой модели. При этом можно поэтапно включать в рассмотрение дополнительные факторы, которые постепенно усложняют модель и приближают ее к реальному физическому явлению. Кроме того, компьютерное моделирование позволяет варьировать временной масштаб событий, а также моделировать ситуации, нереализуемые в физических экспериментах. Работа учащихся с компьютерными моделями чрезвычайно полезна, так как компьютерные модели позволяют в широких пределах изменять начальные условия физических экспериментов, что позволяет им выполнять многочисленные виртуальные опыты. Такая интерактивность открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов. Некоторые модели позволяют одновременно с ходом экспериментов наблюдать построение соответствующих графических зависимостей, что повышает их наглядность. Подобные модели представляют особую ценность, так как учащиеся обычно испытывают значительные трудности при построении и чтении графиков. Разумеется, компьютерная лаборатория не может заменить настоящую физическую лабораторию. Тем не менее, выполнение компьютерных лабораторных работ требует определенных навыков, характерных и для реального эксперимента – выбор начальных условий, установка параметров опыта и т. д.

Компьютерные модели легко вписываются в урок и позволяют учителю организовать новые нетрадиционные виды учебной деятельности учащихся. В качестве примера три вида уроков с использованием компьютерных моделей:

1. Урок решения задач с последующей компьютерной проверкой.

Учитель предлагает учащимся для самостоятельного решения в классе или в качестве домашнего задания индивидуальные задачи, правильность решения которых они смогут проверить, поставив компьютерные эксперименты. Самостоятельная проверка полученных результатов при помощи компьютерного эксперимента усиливает познавательный интерес учащихся, делает их работу творческой, а в ряде случаев приближает её по характеру к научному исследованию. В результате многие учащиеся начинают придумывать свои задачи, решать их, а затем проверять правильность своих рассуждений, используя компьютерные модели. Более того, составленные школьниками задачи можно использовать в классной работе или предложить остальным учащимся для самостоятельной проработки в виде домашнего задания.

2. Урок – исследование.

Учащимся предлагается самостоятельно провести небольшое исследование, используя компьютерную модель, и получить необходимые результаты.  Многие модели позволяют провести такое исследование буквально за считанные минуты. Учитель формулирует темы исследований, а также помогает учащимся на этапах планирования и проведения экспериментов.

3. Урок – компьютерная лабораторная работа.

Для проведения такого урока необходимо, прежде всего, разработать соответствующие раздаточные материалы, то есть бланки лабораторных работ. Задания в бланках работ следует расположить по мере возрастания их сложности. Вначале имеет смысл предложить простые задания ознакомительного характера и экспериментальные задачи, затем расчетные задачи и, наконец, задания творческого и исследовательского характера. При ответе на вопрос или при решении задачи учащийся может поставить необходимый компьютерный эксперимент и проверить свои соображения. Расчётные задачи учащимся рекомендуется вначале решить традиционным способом на бумаге, а затем поставить компьютерный эксперимент для проверки правильности полученного ответа.

Задания творческого и исследовательского характера существенно повышают заинтересованность учащихся в изучении физики и являются дополнительным мотивирующим фактором. По указанной причине уроки последних двух типов особенно эффективны, так как ученики получают знания в процессе самостоятельной творческой работы. Ведь эти знания необходимы им для получения конкретного, видимого на экране компьютера, результата. Учитель в таких случаях является лишь помощником в творческом процессе формирования знаний

При регулярной работе с компьютерными моделями из придуманных заданий имеет смысл составить компьютерные лабораторные работы, в которых вопросы и задачи расположены по мере увеличения их сложности. Разработка лабораторных работ – занятие достаточно трудоёмкое, но именно такие работы дают наибольший учебный эффект. Также необходимо учитывать, что далеко не все процессы, явления, исторические опыты по физике учащийся способен представить себе без помощи виртуальных моделей (например, диффузию в газах, цикл Карно, явление фотоэффекта, энергию связи ядер и т.д.). Интерактивные модели позволяют ученику увидеть процессы в упрощенном виде, представить себе схемы установок, поставить эксперименты вообще невозможные в реальной жизни. Задания в лабораторной работе имеет смысл расположить по мере возрастания их сложности: начиная с самых простых заданий ознакомительного характера и экспериментальных задач и заканчивая заданиями творческого и исследовательского характера.

Существуют различные формы проведения лабораторных работ с применением компьютера:

·         Работа с готовой программой.

·         Самостоятельное решение предлагаемой учителем задачи.

·         Моделирование и усложнение предлагаемой учителем программы.

План работы:

·         Постановка задачи (что надо сделать).

·         Цель работы с моделью (зачем это делаем).

·         Указания по проведению работы.

·         Краткое содержание вычислительного эксперимента.

·         Указания по оформлению отчёта.

Деятельность учащегося при самостоятельном решении задачи:

·         Построить модель задачи лабораторной работы.

·         Провести лабораторную работу.

·         Разработать алгоритм решения задачи

1.          по заранее готовому плану.

2.          по самостоятельно разработанному плану.

Деятельность учащегося при моделировании готовой задачи:

·         Собрать модель задачи.

·         Внести в программу изменения с учетом тех или иных условий.

·         Провести лабораторную работу по заданному плану и проанализировать результат.

Методические рекомендации:

·         Необходимо чтобы демонстрация была тесно связана со словами учителя (надо не только слышать, но и видеть).

·         Важное правило при проведении опыта - это определение его цели.

·         Учащиеся должны быть подготовлены к восприятию опытов, т. е. владеть необходимым багажом знаний.

·         Используемые объекты должны быть наиболее простыми

·         Необходимо учитывать возрастные и индивидуальные возможности учащихся.

Методические преимущества проведения виртуальной лабораторной работы перед традиционной:

·         Нет необходимости собирать заново всю установку перед каждым уроком

·         Техника безопасности на порядок выше, чем в обычных условиях

·         Можно за короткое время провести несколько экспериментов при разных начальных условиях, а потом обобщить результаты и сделать выводы.

·         Можно замедлить или ускорить время демонстрации.

О дорогостоящем оборудовании для проведения эксперимента, в частности  по атомной и ядерной физике, в школе даже мечтать не приходится. Но даже при полной укомплектованности лаборатории физики требуемыми приборами реальный эксперимент требует очень много времени на подготовку и его проведение. Таким образом, провести полноценный лабораторный эксперимент по физике при имеющихся в школе ресурсах невозможно. Результатом этого является то, что:

1.       Ученики не могут представить некоторые явления макромира и микромира, так как отдельные явления, изучаемые в курсе физики средней школы невозможно наблюдать в реальной жизни и, тем более, воспроизвести экспериментальным путем в физической лаборатории, например, явления атомной и ядерной физики и т.д. Поэтому учителю приходится объяснять их суть чисто теоретически, не подкрепляя экспериментально, что сказывается на уровне подготовки учащихся по физике.

2.       Невозможно подкрепить теоретические знания учащихся практическими посредством физического эксперимента, так как в лаборатории нет необходимого физического оборудования для его проведения.

3.       Проведение отдельных экспериментальных работ, даже при наличии необходимого оборудования, сопряжено с опасностью для жизни и здоровья учащихся.

4.       Выполнение отдельных экспериментальных заданий в классе на имеющемся оборудовании происходит при заданных определенных параметрах, изменить которые невозможно. В связи с этим невозможно проследить все закономерности изучаемых явлений, что также сказывается на уровне знаний учащихся.

5.       И, наконец, невозможно научить учащихся самостоятельно добывать физические знания, то есть сформировать у них информационную компетентность, применяя только традиционные технологии Компьютерный эксперимент способен дополнить “экспериментальную” часть курса физики.

Если проводить физический эксперимент и фронтальные лабораторные работы, используя виртуальные модели посредством компьютера, то можно скомпенсировать недостаток оборудования в физической лаборатории школы и, таким образом, научить учащихся самостоятельно добывать физические знания в ходе физического эксперимента на виртуальных моделях, то есть появляется реальная возможность формирования необходимой информационной компетентности у учащихся и повышения уровня обученности учащихся по физике.