Основы методики использования экспериментальных задач

К экспериментальным задачам относятся те, которые не могут быть решены без постановки опытов или измерений.

Основное значение решения экспериментальных задач заключается в формировании и развитии с их помощью наблюдательности, измерительных умений, умений обращаться с приборами. Они способствуют более глубокому пониманию сущности явлений, выработке умения строить гипотезу и проверять ее на практике. В процессе решения экспериментальных задач учащиеся овладевают экспериментальным способом решения физических задач.

Виды экспериментальных задач по роли эксперимента в решении:

• — задачи, в которых без эксперимента нельзя получить ответ на вопрос;
• — эксперимент используется для создания задачной ситуации;
• — эксперимент используется для иллюстрации явления, о котором идет речь в задаче;
• — эксперимент используется для проверки правильности решения.

Покажем примеры различных видов экспериментальных задач:

Решение экспериментальной задачи начинается с постановки (в различных вариациях) задачи, затем осуществляется краткая запись условия, формулируется гипотеза, проверка которой планируется, затем осуществляется реализация намеченного плана различными средствами (математическими, логическими и экспериментальными). Полученный результат кодируется выбранным способом, после чего осуществляется его проверка.

Рассмотрим пример решения следующей экспериментальной задачи, которую можно предложить учащимся в 7 классе.

Постановка задачи. На столе имеется прямоугольная жестяная банка, динамометр, масштабная линейка, сосуд с водой, песок, Для обеспечения вертикального положения банки при плавании в воде ее немного нагружают песком. Определить глубину осадки банки.

Условие данной задачи можно выразить при помощи рисунка с надписью вопроса под ним.

В основу решения данной экспериментальной задачи положим предположение о том, что банка будет погружаться в воду до тех пор, пока сила тяжести, действующая на нее; и песок не уравновесятся выталкивающей силой воды, действующей на банку снизу вверх, т. е. F_А = F. Выталкивающая сила F_А равна весу вытесненной телом жидкости, т. е. F_A = gс_вV_В, где g = 9,8 H/кг, V_в — объем погруженной части банки, с_в — плотность воды. Объем погруженной части равен произведению площади основания s на глубину погружения в воду h. Следовательно, F_А = gс_вhS. Откуда h = F_А/с_вgS.

Экспериментальные задачи в процессе обучения могут быть использованы в любой части урока [24]. Но при этом цели применения, методика и содержание задач будут несколько различны.

• 1. Использование задач при опросе даст возможность выяснить, насколько правильно, глубоко и сознательно ученик усвоил ранее пройденный материал.
• 2. Применение задач для проверки степени понимания учениками изучаемого на уроке материала, для его закрепления. Решение задач в этом случае способствует углублению и уточнению нового материала.
• 3. Содержание экспериментальной задачи может являться темой урока. В этом случае необходимо, чтобы вопрос вызывал некоторое удивление и желание решить его. Таким средством стимула к восприятию является постановка проблемы, а значит, нужна подходящая экспериментальная задача. В ходе её решения происходит усвоение новых понятий, закономерностей и зависимостей. (Закон Ома — зависимость силы тока от напряжения и сопротивления).
• 4. Использование задач в качестве иллюстраций, подтверждающих правильность и важность сделанных теоретических выводов. (Скорость движения молекул и температура тела).
• 5. Весьма полезны 15−20 минутные классные упражнения учащихся по решению экспериментальных задач с последующим разбором и выяснением причин допущенных ошибок.
• 6. Возможно проведение контрольных работ по решению экспериментальных задач, что даёт учащимся больше проявить творчества и самостоятельности.
• 7. Особый интерес у учеников вызовет решение задач в качестве домашнего задания, которые могут быть как общими, так и индивидуальными. Единственное требование, учитель должен быть уверен, что для домашних опытов ученики найдут нужные приборы и предметы.
• 8. Сложные экспериментальные задачи можно выполнять на факультативных занятиях.

Занимательные экспериментальные задачи можно использовать на физических вечерах.

Использование экспериментальных задач на уроках физики мы, прежде всего, видим через использование принципа цикличности. Данный принцип является носителем логики научного познания, следуя которой учащийся приобщается к основам исследовательской деятельности. Этапы принципа хорошо согласуются с этапами урока любого типа (Таблица 1).

Таблица 1.

Соответствие этапов урока этапам логики познания.

Приведем краткую характеристику особенностей и проблем методики использования экспериментальных задач.

• 1. Особенности:
  • — к данным задачам относятся задачи, постановка и решение которых связаны с экспериментом;
  • — требуют больше времени;
  • — повышают активность учащихся;
  • — показывают значение теории;
  • — развивают у учащихся интерес к физике, способствуют эмоциональному развитию школьников;
  • — способствуют формированию умений и навыков.
• 2. Формы использования:
  • — изучение нового материала,
  • — использование при выполнении лабораторных работ,
  • — фронтальное решение простых задач,
  • — использование на контрольных занятиях,
  • — использование для домашнего задания.
• 3. Методика проведения:
  • — парадоксальность эксперимента,
  • — возможность выбора решения,
  • — несоответствие между опытом и знаниями учащихся из жизни,
  • — прерывание демонстрации, когда промежуточный результат не соответствует конечному,
  • — проведение лабораторных работ как последовательности экспериментальных задач.
• 4. Проблемы методики решения задач:
  • — «Надо научиться такому подходу к задаче, при котором задача выступает как объект тщательного изучения, а ее решение — как объект конструирования и изобретения» [24, 25].
  • — организация деятельности учащихся (во всех аспектах) — главная проблема методики решения задач. Сюда входит: мотивация, последовательность действий при решении, учет индивидуальных особенностей и др.
  • — решение задач разных типов. Систематическая работа с задачами.
  • — главное — физической стороне задачи: задача изучает какое-либо физическое явление, направлена на его описание. Формулы — это средство.
  • — расширение функций задач в обучении (особенно в плане воспитания, развития).
  • — разработка алгоритмов для типичных задач, правил для задач творческого плана.

Для быстрого и правильного решения экспериментальных задач можно использовать общий алгоритм решения экспериментальных задач:

• — прочитать внимательно условие задачи; четко определить цель работы;
• — определить, какое явление, закон лежат в основе опыта;
• — продумать схему опыта; определить перечень приборов и вспомогательных предметов или оборудования для проведения эксперимента; продумать последовательность проведения эксперимента; в случае необходимости, разработать таблицу для регистрации результатов эксперимента;
• — выполнить эксперимент и результаты записать в таблицу;
• — сделать необходимые расчеты, если это требуется согласно условию задачи;
• — обдумать полученные результаты и записать ответ.