Понятие об экспериментальной задаче в методике обучения

В педагогике по Сластенину В. А. — экспериментальные задания — это кратковременные наблюдения, измерения и опыты, тесно связанные с темой урока [14].

Ни одна тема не должна быть пройдена чисто теоретически, как ни одна работа не должна быть проделана без освещения ее научной теории. Умелое сочетание теории с практикой и практики с теорией даст нужный воспитательный и образовательный эффект и обеспечит выполнение требований, которые предъявляет нам педагогика. Основное орудие обучения физике (ее практической части) в школе — демонстрационный и лабораторный эксперимент, с которым учащийся должен иметь дело в классе при объяснениях учителя, на лабораторных работах, в физическом практикуме, в физическом кружке и в домашних условиях.

Без эксперимента нет и не может быть рационального обучения физике; одно словесное обучение физике неизбежно приводит к формализму и механическому заучиванию [15].

Проблема повышения качества знаний обучающихся по физике разрешается в средней школе различными путями, в частности, усилением экспериментальной стороны преподавания, организацией самостоятельной работы учащихся. Этим целям прекрасно служат экспериментальные задачи, решение которых находится опытным путем.

В методической литературе нет четкого определения экспериментальной задачи.

У П. А. Знаменского дается следующее указание: «К экспериментальным задачам относятся вычислительные задачи и задачи-вопросы, при решении которых применяется эксперимент». В пособии приводятся примеры задач того и другого вида, но методика решения задач не рассматривается [16].

В пособии С. С. Мошкова приводится классификация экспериментальных задач, рассматривается методика их решения, приводятся примеры экспериментальных задач [17].

В пособии С. Е. Каменецкого и В. П. Орехова дается следующее определение экспериментальных задач: «Экспериментальными называют задачи, в которых с той или иной целью используют эксперимент» [3].

Экспериментальные задачи — это физические задачи, постановка и решение которых связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами, сборкой электрических цепей.

Но экспериментальные задачи в отличие от текстовых требуют больше времени на подготовку и решение, а также наличия у учителя и учащихся навыков в постановке эксперимента. Однако решение таких задач положительно влияет на качество преподавания физики. Экспериментальные задачи способствуют повышению активности учащихся на уроках, развитию логического мышления, учат анализировать явления, заставляют ученика напряжённо думать, привлекая все свои теоретические знания и практические навыки.

Разбирая экспериментальные задачи, ученики убеждаются на конкретных примерах, что их школьные знания вполне применимы к решению практических вопросов, что с помощью этих знаний можно предвидеть физическое явление, его закономерности. То есть, книжные утверждения приобретают реальный смысл. Решение таких задач способствует получению учениками прочных, осмысленных знаний, умению пользоваться этими знаниями в жизни.

Самостоятельное решение учениками экспериментальных задач способствует активному приобретению умений и навыков исследовательского характера, развитию творческих способностей. Здесь им приходится не только составлять план решения задачи, но и определять способы получения некоторых данных, самостоятельно собирать установки.

Разбор таких задач воспитывает у учеников критический подход к результатам измерений. На практике они убеждаются, что результаты измерений всегда приближённы, что на их точность влияют различные причины, и потому, производя эксперимент, необходимо устранять все побочные влияния.

Экспериментальные задачи помогают ученикам лучше решать расчётные, решение которых часто сводится к подстановке чисел, данных в условии, в формулы без уяснения физического смысла задачи. Обычно экспериментальные задачи не имеют всех данных, необходимых для решения, поэтому ученику приходится сначала осмыслить физическое явление или закономерность, о которой говорится в задаче, выявить, какие данные ему нужны, продумать способы и возможности их определения, найти и только на заключительном этапе подставить в формулу, что ученик делает вполне осмысленно.

Эти задачи дают возможность учащемуся проявить творческую самостоятельность, и приучают его при решении конкретных вопросов исходить из неразрывной связи теории с опытом. Вследствие этой связи весь ход решения задачи и его физический смысл приобретают особую ясность для учащихся. Показ даже большого количества опытов на уроках физики, сам по себе, еще не обеспечивает в нужной степени осуществления основных этапов процесса познания и тем самым недостаточно способствует приобретению осознанных и активных знаний, т. е. таких знаний, которые могли бы быть самостоятельно использованы учениками для решения практических вопросов. Постановка экспериментальных задач показывает учащимся физические законы в действии, выявляет объективность законов природы, их обязательное выполнение показывает использование людьми знаний законов природы для предвидения явлений и управления ими, важность их изучения для достижения конкретных, практических целей.

Особенно ценным надо признать такие экспериментальные задачи, данные для решений которых, берутся из опыта, протекающего на глазах учащихся, а правильность решения проверяется опытом или контрольным прибором. В этом случае теоретические положения, изучаемые в курсе физики, приобретают особенную жизненность и значимость в глазах учащихся. Решение экспериментальных задач помогает учащимся глубже и полнее осмыслить и понять изученную закономерность, так как показывает ее в действии в совершенно конкретной обстановке, где каждые из величин, входящих в закономерность, выступает перед учениками вполне реально и в реально действующих взаимосвязях.

Постановка экспериментальных задач помогает вскрывать недопонятое, ошибочно представляемое учащимися, причем задача может быть очень простой, но заставляющей учащихся выявить их внутреннее понимание вопроса, а не формальное знание его. В случае текстовой постановки задачи или при помощи рисунка, заменяющего вещественную установку, такого интереса и беспокойства за правильность решения не возникает. Повышенный интерес при решении экспериментальных задач можно наблюдать в любом классе, при постановке любой экспериментальной задачи. Это отмечают все учителя, обращающиеся в своей практике к экспериментальным задачам. И этот интерес отнюдь не развлекательного характера, не отвлекающий учеников от содержания урока, а наоборот, направляющий их внимание в нужную сторону и обеспечивающий лучшее усвоение разбираемого на уроке материала. Конкретные вещественные установки сосредотачивают внимание учащихся на поставленном вопросе вне зависимости от внешней эффектности самой установки или ожидаемого явления, а в силу своей непосредственной связи с жизнью, с природой. Установка может быть самой обычной, интерес рождается не ею, а возможностью использовать свои знания для предвидения реального события. Решение экспериментальных задач и особенно количественных, конечно, дело несколько более сложное, чем решение текстовых задач, так как проверка решения практикой заставляет и многое учитывать, и быть очень внимательным к экспериментальной части задач и к вычислениям [18].

Хорошо известно, что эффективность усвоения значительно увеличивается при использовании демонстраций. Исследования показали, что продемонстрировать ту или иную операцию с прибором эффективнее, чем рассказать о ней.

Развитие определенных качеств личности зависит от того, насколько они проявляются в деятельности. Домашние задания экспериментального характера воспитывают самостоятельность и ответственность. На уроке развитие этих качеств может быть лишь намечено, но не реализовано полностью, так как для этого необходимы постоянные осознанные действия ученика, у него нередко нет выбора, когда, в какой последовательности, за какое время и какими средствами выполнять задание на уроке. Домашний же опыт требует от школьника умения правильно распределять свое время и планировать, научиться делать это самостоятельно. Могут возникать ситуации нравственного испытания, когда ученику приходится преодолевать внутренние конфликты, например, ситуация выбора между проведением интересного занимательного опыта и, к примеру, просмотра телевизионной передачи. Такая ситуация может возникнуть, если задание дано коллективное и ученик не может подвести своих товарищей. Например, при подготовке к обобщающим заключительным урокам по темам курса физики, где ученики будут представлять и защищать свои домашние экспериментальные работы группами или, если ученику дано ответственное задание — изготовить прибор, который будет необходим на следующем уроке, он не может подвести учителя и т. п. Таким образом, пока он не сделает такое домашнее задание, он не может заняться другими делами, процесс преодоления закаляет волю. Закаляют волю и трудности в ситуации, когда не удается что-то выполнить, несмотря на все усилия. Никак не удается сделать прибор так, чтобы он хорошо работал и красиво выглядел, лучше всех в классе, или заданный учителем опыт не с первой попытки проходит так, как нужно и т. п. Эти трудности естественны и необходимы для укрепления характера, точно так же, как и чувство удовлетворения и гордость, когда «невыполнимое» задание все-таки преодолено.

Основным достоинством экспериментальных задач является их вещественная постановка, их непосредственная связь с реальными явлениями, протекающими на глазах учащихся.

Недостатком экспериментальных задач является тематическая ограниченность их содержания, вызываемая специфичностью школьной обстановки и экспериментальной базы кабинета физики. Постановка экспериментальных задач возможна и желательна во всех классах, в которых преподается физика, начиная с 7 по 11 включительно.

Постановка экспериментальных задач в младших классах способствует сознательному усвоению учащимися, таких основных для дальнейшего изучения физики понятий, как давление, сила давления, механическая работа. В старших классах объем изучаемого материала по физике, математическая подготовка и возрастные особенности учащихся создают для постановки экспериментальных задач еще более благоприятные условия, чем в 7−9 классах.

В целом, в процессе самостоятельной экспериментальной деятельности учащиеся приобретают следующие конкретные умения:

• — наблюдать и изучать явления и свойства веществ и тел;
• — описывать результаты наблюдений;
• — выдвигать гипотезы;
• — отбирать, необходимые для проведения экспериментов, приборы;
• — выполнять измерения;
• — вычислять погрешности прямых и косвенных измерений;
• — представлять результаты измерений в виде таблиц и графиков;
• — интерпретировать результаты экспериментов;
• — делать выводы;
• — обсуждать результаты эксперимента, участвовать в дискуссии.

Учебный физический эксперимент является неотъемлемой, органической частью курса физики средней школы. Удачное сочетание теоретического материала и эксперимента дает, как показывает практика, наилучший педагогический результат [19].

Основное значение решения экспериментальных задач заключается в формировании и развитии с их помощью измерительных умений, умений обращаться с приборами. Кроме того, такие задачи развивают наблюдательность и способствуют более глубокому пониманию сущности явлений, выработке навыков строить гипотезу проверять ее на практике. По роли эксперимента А. В. Усова и Н. Н. Тулькибаева выделяют экспериментальные задачи, в которых:

• — без эксперимента нельзя получить ответ;
• — эксперимент используется для создания определенной ситуации;
• — эксперимент используется для иллюстрации описанного явления;
• — эксперимент используется для проверки полученного результата.

Если в задаче описана знакомая ситуация, то эксперимент позволяет определить некоторые физические величины и включить их в условие задачи. При этом эксперимент содержание задачи, заданное неопределенно, превращает в конкретное.

Если условие задачи описывает новую для учащихся ситуацию, то целесообразно эту ситуацию задать экспериментально. Если же в задаче описывается изменение состояния тела, то параметры одного из состояний или условия воздействия тоже могут быть заданы экспериментально [20].

Часто целью экспериментальных задач является поиск закономерностей, т. е. связей между разными характеристиками физических систем или процессов. При этом, как правило, закономерности накладываются друг на друга так, что бывает трудно разобраться в их хитросплетении. Тактика при выполнении таких исследований состоит в том, что поэтапно изучается связь только между двумя величинами, в то время как другие остаются неизменными.

Такие задачи ставятся в самом общем виде. Ученику предоставляется возможность выбирать:

• — цели исследования;
• — находить пути их достижения;
• — проводить необходимые измерения;
• — анализировать полученные результаты;
• — делать окончательные выводы.

Математический вид исследуемых зависимостей зачастую достаточно сложен. Здесь совершается большое число ошибок, — учащиеся ограничиваются только прямой или обратно пропорциональной зависимостью, а порой вообще не делают никакого математического анализа полученных результатов. Кроме того, важно учитывать погрешности измерений, вуалирующие истинные соотношения, или, хуже того, «открывающие» несвойственные закономерности. И причина этого, скорее всего, в отсутствие опыта исследовательской работы — школьные лабораторные работы строятся по такой схеме, что нарабатываются только репродуктивные качества и навыки.

Таким образом, мы видим, что основное назначение экспериментальных задач заключается в том, чтобы способствовать формированию у учащихся основных понятий, законов, теорий, развитию мышления, самостоятельности, практических умений и навыков, в том числе умений наблюдать физические явления, выполнять простые опыты, измерения, обращаться с приборами и материалами, анализировать результаты эксперимента, делать обобщения и выводы.

Систематическое использование в учебном процессе по физике экспериментальных задач и заданий способствует более глубокому проникновению в сущность изучаемых явлений и законов, пониманию связей между явлениями.

Экспериментальные задачи и задания с успехом могут быть использованы и в нетрадиционных уроках и внеурочных мероприятиях по физике. Это могут быть уроки систематизации знаний, уроки-викторины и КВН, уроки творческого отчёта, урок конкурс и урок игра.