Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Русский язык и литература / Другие методич. материалы / Исследовательская работа Демонстрационный эксперимент в курсе электротехники среднего профессионального образования

Исследовательская работа Демонстрационный эксперимент в курсе электротехники среднего профессионального образования

Идёт приём заявок на самые массовые международные олимпиады проекта "Инфоурок"

Для учителей мы подготовили самые привлекательные условия в русскоязычном интернете:

1. Бесплатные наградные документы с указанием данных образовательной Лицензии и Свидeтельства СМИ;
2. Призовой фонд 1.500.000 рублей для самых активных учителей;
3. До 100 рублей за одного ученика остаётся у учителя (при орг.взносе 150 рублей);
4. Бесплатные путёвки в Турцию (на двоих, всё включено) - розыгрыш среди активных учителей;
5. Бесплатная подписка на месяц на видеоуроки от "Инфоурок" - активным учителям;
6. Благодарность учителю будет выслана на адрес руководителя школы.

Подайте заявку на олимпиаду сейчас - https://infourok.ru/konkurs

  • Русский язык и литература

Поделитесь материалом с коллегами:


Глава 1.

Научно-методический анализ состояния обучения электродинамике в курсе физике профильной школы.


1.1. Анализ проблемы развития демонстрационного эксперимента в учебно-методической литературе.


В русской школе изучение физики было введено в первой половине XVIII в. и изучалась она вначале вместе с химией. В 1725 г. была открыта Российская Академия наук, и при ней появился первый хорошо оборудованный кабинет физики. В создании физического кабинета приняли активное участие академики Крафт и Рихман. Приборы кабинета применялись не только для научных работ, но и служили в качестве наглядных пособий на лекциях в университете и в гимназии при Академии наук. Середина XVIII в. - это время серьезных научных открытий и изобретений, создание на их основе новых технических устройств и механизмов. В России структурные изменения в промышленности, носящие характер промышленного бума, произошли только между 1830 - 1860 гг. Возрастает число людей, занимающихся техникой, ее проектированием, созданием, внедрением и совершенствованием.

Как следствие, возникает проблема подготовки грамотных специалистов в области науки и техники (машиностроении, приборостроении, навигации, электротехники и т. д.). Решается эта проблема, в основном, в высших учебных заведениях при подготовке научных инженерных кадров и, частично, на местах при подготовке обслуживающего персонала, способного решать те или иные по сложности технические задачи. Первые десятилетия обучение физике в школах России носило почти исключительно «меловой характер», но уже тогда передовые учителя начинают поиск эффективных методов обучения, используя опыт преподавания, накопленный учеными-академиками Г. В. Крафтом, Г. В, Рихманом, М. В. Ломоносовым. В предисловии к первому учебнику физики на русском языке М. В. Ломоносов писал: «Мысленные рассуждения роизведены бывают из надежных и много раз повторенных опытов» (123, С. 424).

Вопрос о необходимости введения в преподавание физики практических работ учащихся впервые был поставлен основоположником первой русской методики естествознания А. Я. Гердом. В частности он писал, что детям необходимо дать «возможность делать самостоятельные опыты и наблюдать естественные тела» (41, С. 51). Конец XIX в. и начало XX в. характеризуется оживлением методической мысли. Были изданы первые методические пособия, в которых затрагивались вопросы экспериментальной подготовки учащихся по физике в школе. Это методическое пособие Ф. Н. Шведова «Методика физики» (237), Ф. Н. Индриксона «Несколько работ по физике для учащихся средних школ» (99), В. В. Лермантова, «Методика физики и содержание приборов в исправности» (121), Н. В. Кашина «Методика физики» (109). Эти авторы говорили о необходимости использования лабораторных работ при обучении физике, предлагали конкретные примеры экспериментальных заданий, давали рекомендации по использованию некоторых простейших и доступных приборов и материалов.

В книге В. В Лермантова большое внимание уделено опытному преподаванию физики. Автор пишет: «Опыты в классе служат не для «доказательства закона», а для «уяснения» его смысла; в других случаях только для показания самого явления, о котором идет речь. Поэтому опыт должен быть по возможности прямой, незатемненный сложным прибором» (121, С. 29). Это положение иллюстрируется на конкретных примерах. Он считает необходимым приблизить школьную физику к жизни, практике, отводя значительную часть учебного времени на эксперимент. Однако в этом вопросе его взгляды являются односторонними, когда он предлагает ограничиться лишь практической стороной дела и отказаться от теоретических обоснований и обобщений, считая их доступными для избранных. В 1916 г. появилась книга Н. В Кашина, представляющая собой первый полный курс общей методики физики. В ней он так формулирует цели преподавания физики в средней школе: формальное образование, приобретение положительных знаний, выяснение методов, при помощи которых строится точное знание, обзор общих выводов современной науки (109).

Книга Н. В. Кашина выражала передовые взгляды того времени и, несомненно, сыграла важную роль в развитии методики физики.

Необходимость экспериментального преподавания физики горячо отстаивал профессор О. Д. Хвольсон. В постановлении подкомиссии 1900 г. по вопросам постановки преподавания физики, работавшей под его председательством, имеются следующие указания. «Задача эксперимента состоит в достижении двзос главных целей.

Первая цель - дать возможность ученику собственными чувствами ознакомиться с физическими явлениями; эти непосредственные ощущения не могут быть заменены никакими описаниями.

Вторая цель - ознакомление учащихся с научными методами исследования природы, развитие его наблюдательности... В одних случаях опыт явится средством открытия закона, в других - проверкой закона, выведенного дедуктивным путем, в третьих - развитием творчества ученика путем предоставления ему возможности самому придумывать опыты для исследования изучаемых явлений и законов.

Преподавание физики, в котором эксперимент не составляет основы всего изложения, должно быть признано бесполезным» (160, С. 27-28).

В этот же период появилось значительное количество публикаций, посвященных демонстрационным опытам, экспериментальным исследованиям и лабораторным занятиям (44; 894; 121; 187; 200 и др.). В программах же по физике вопрос о выделении учебного времени на лабораторно-практические работы еще не ставился. И только на Съезде учителей физики, химии и космографии, который состоялся в 1914 г. в Петербурге этот вопрос был решен положительно. В следующем году принимается официальное решение об обязательном использовании лабораторного метода и демонстрационного эксперимента в преподавании физики. В записке к проекту программы по физике отмечалось, что «лабораторные занятия должны составлять неотъемлемую часть курса физики, столь же существенную, как и уроки». Здесь же было предложено внести в программу более ста работ лабораторного типа обязательных для выполнения. С этого времени началась работа по развитию учебного физического эксперимента, совершенствованию школьных программ, укреплению материальной базы физических кабинетов. Однако данное решение до конца не было выполнено из-за слабой материально-технической базы школ, гимназий, отсутствием промышленного выпуска физического оборудования. В то же время передовые учителя продолжали работу по развитию учебного эксперимента, конструируя и изготавливая самодельные приборы и установки.

Таким образом, в дооктябрьский период довольно активно разрабатывались вопросы методики и техники демонстрационного и лабораторного эксперимента. Однако общие вопросы методики - связь теории с практикой, теоретический анализ содержания курса физики, развитие творческих способностей учащихся - только ставились в высказываниях некоторых ученых.

В 1920 - 21 гг. складываются черты школы политехнического типа, отвечающей нуждам народного хозяйства. Образовательное, мировоззренческое и политехническое значение физики было, наконец, по достоинству оценено и отражено в учебных планах.

На всех этапах развития советской школы в центре внимания методистов были проблемы совершенствования содержания физического образования. Это выразилось в разработке учебных программ, учебников и методов обучения, отвечающих задачам и принципам советской школы. В 1918 г. П. А. Знаменским была составлена первая программа-минимум для единой трудовой школы I и II ступени, в которой были изложены главные методические принципы: научность, систематичность, связь теории с практикой, ступенчатость построения школьного курса физики, усиление роли эксперимента и физической теории.

Преподавание физики в массовой школе дало новые данные о месте и значении демонстрационного эксперимента, которые позволили П. А. Знаменскому сказать: «В настоящее время не может быть споров и сомнений о том, что при изучении физики в школе обязательно возможно более полное применение эксперимента. Ряд положений, воспринятых учеником, но не ставших для него даже фактами, вследствие отсутствия наблюдений и опыта, только обременяет память учащегося, но не дает понимания и не вырабатывает привычки самостоятельного и независимого суждения. Даже самый образный рассказ учителя об эксперименте не может заменить для учащегося непосредственного живого восприятия предметов и явлений» (90, С. 41).

Следует отметить, что внедрение в практику массовой школы демонстрационного учебного эксперимента, лабораторных и практических работ, самостоятельных опытов и исследований, организация работы физических кружков и клубов параллельно с реализацией принципа политехнизации заложило основу всей работы по развитию творческих способностей, а также развитию физико-технического творчества.

Важным этапом в развитии учебного демонстрационного эксперимента стало появление в 1934-1941 гг. фундаментального труда московских методистов Д. Д. Галанина, Е. Н. Горячкина, С. Н. Жаркова, Д. И. Сахарова, А. В. Павши «Физический эксперимент в школе» (т. I - VI) (38). По оценке специалистов, этот труд представлял собою выдающееся явление в мировой методической литературе.

В книге дано описание демонстрационных опытов по всем разделам курса элементарной физики. Как правило, по каждому явлению приводится описание нескольких демонстраций. Большое внимание уделено описанию измерительных приборов и методике их использования в демонстрационном эксперименте. Даются рекомендации по изготовлению множества самодельных приспособлений, установок, а также описываются технологические приемы, так необходимые каждому преподавателю.

Отличительной особенностью методического руководства является его политехническая направленность, которая реализована в описании значительного количества демонстрационных опытов прикладного характера. Эти опыты знакомят учащихся с практическими применениями физических явлений и законов, научными основами техники, с физическими принципами устройства приборов. Ряд таких опытов выделены авторами в отдельные параграфы (применение электролиза, химическое и тепловое действие тока, электроизмерительные приборы и т. п.). В отборе опытов прослеживается логическая связь технических сведений с изучаемым программным материалом.

Эта книга оказала большое влияние на совершенствование преподавания физики в советской школе, способствовала внедрению экспериментальных методов в учебный процесс и не потеряла значения до настоящего времени. В отборе демонстраций авторы придерживались следующей позиции «Демонстрации, - пишет Е. Н. Горячкин, - могут быть разбиты на две группы, значительно отличающиеся друг от друга: 1) демонстрационный эксперимент или опыты, служащие для воспроизведения физических явлений, и 2) демонстрация наглядных пособий (модели, диапозитивы, кинофильмы, настенные картины), предназначенные для ознакомления с внешним видом и устройством технических объектов и некоторых физических приборов, а также демонстрация разного рода физических изображений, в частности диаграмм и графиков» (48, С.2).

В последующие периоды методические идеи, заложенные в трудах И. И. Соколова, П. А. Знаменского, Д. Д. Галанина, Е. Н. Горячкина и др., получили дальнейшее развитие.

В 50 - 60-е годы сотрудниками АПН СССР под руководством А. А. Покровского была разработана целая система школьного физического эксперимента, включающая в себя демонстрации, лабораторные работы, физический практикум, экспериментальные задачи и фронтальные опыты. Результаты этих исследований обобщены в ряде книг: «Физический практикум в средней школе», «Демонстрационные опыты по физике 6 - 7 классах», «Фронтальные лабораторные занятия по физике в средней школе» и др.

Переход на новое содержание школьных программ и учебников физики (1968 - 1973) обусловил появление новой методической литературы. Для учителей физики были изданы новые оригинальные методические пособия. Среди них особо отметим фундаментальное методическое руководство по демонстрационному эксперименту под редакцией А. А. Покровского «Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе» (ч. I -II) (56, 57).

Система демонстрационных опытов, описанная в данном пособии, приведена в соответствие с характером, содержанием и последовательностью изложения учебного материала, представленного действующей программой и учебными пособиями того времени. Практически все опыты, приведенные в пособии, поставлены на типовом школьном оборудовании. Раздел «Электродинамика» представлен описанием 112 опытов, что составляет около 35% от общего количества.

В предисловии к руководству авторы указали основные методические задачи, которые должны решаться с помощью демонстрационного эксперимента. «Демонстрационные опыты, - указывает А. А. Покровский, - как известно, формируют накопленные ранее предварительные представления, которые к началу изучения физики далеко не у всех учащихся бывают одинаковыми и безупречными. На протяжении всего курса физики эти опыты пополняют и расширяют кругозор учащихся. Они зарождают правильные начальные представления о новых физических явлениях и процессах, раскрывают закономерности, знакомят с методами исследования, показывают устройство и действие некоторых новых приборов и установок, иллюстрируют технические применения физических законов. Все это конкретизирует, делает более понятными и убедительными рассуждения учителя при изложении нового материала, возбуждает и поддерживает интерес к предмету» (56, С. 5).

Таким образом, роль демонстрационного эксперимента, по мнению авторов пособия, сводится к созданию первоначальных представлений об изучаемом явлении, законе, их прикладном значении. Развить и углубить полученные представления можно только на лабораторных занятиях и на занятиях физпрактикума. Иллюстративная функция демонстрационного эксперимента положена в основу отбора опытов. Но о том, как использовать демонстрационный эксперимент в целях развития учащихся, каково должно быть содержание и методика постановки таких опытов - на эти и другие вопросы авторы пособия не дают полного ответа, хотя и отмечают, что необходимы «опыты представляющие собой экспериментальные задачи, которые помогают углубленному пониманию изучаемого материала и развивают физическое мышление» (56, С.З). Выбор же демонстрационных опытов для решения экспериментальных задач - прерогатива учителя.

В работе (168) А. А. Покровский и его сотрудники провели более детальную классификацию демонстрационных опытов, разделив их на пять видов:

1) так называемые «начальные опыты»;

2) опыты по установлению физических величин;

3) опыты, показывающие практическое применение физических законов;

4) опыты, основная цель которых углубить полученные знания (опыты, демонстрирующие применение законов в их различном сочетании);

5) демонстрационные экспериментальные задачи.

Эта концепция и была положена в основу подбора демонстрационных опытов, представленных в пособиях (56; 57).

На протяжении многих лет в средних школах страны использовалось данное руководство по эксперименту. Но за прошедшие 20 лет с момента первого его издания (1967 г.) изменилось и содержание школьного курса физики, и учебники. Поэтому в конце 80-х годов появилась необходимость в изменении руководства по учебному физическому эксперименту с целью его согласования с изменившейся программой и учебниками. В дополнение к действующему руководству А. А. Покровского, для учителей был издан ряд новых пособий по школьному учебному эксперименту, в создании которых приняли участие известные ученые-методисты, такие как Н. М Шахмаев, В. Ф. Шилов, Л. И. Анциферов, С. А. Хорошавин (234; 235; 236; 7; 225) и др.

Среди них отметим книгу Н. М. Шахмаева и В. Ф. Шилова «Физический эксперимент в средней школе: Механика. Молекулярная физика. Электродинамика» (235). Авторы включили в пособие значительное количество новых опытов, для постановки которых используется в основном стандартное оборудование, но не отказались и от самодельных приборов и установок.

В тех случаях, когда демонстрируется принципиально важное явление, авторы приводят несколько вариантов одного и того же опыта, но поставленных с разным оборудованием. Это сделано для того, чтобы учитель мог показать тот вариант опыта, для постановки которого в его кабинете есть необходимое оборудование. Описанию опытов по каждому разделу предшествует

методическое введение, в котором даны краткие указания по методике постановки и объяснению опытов.

В 1991 вышла вторая часть руководства Н. М. Шахмаева, Н. И. Павлова, В. И Тыщука «Физический эксперимент в средней школе: Колебания и волны. Квантовая физика» (236). Авторы использовали единый подход к изучению колебаний и волн; «все колебательные и волновые процессы независимо от их природы описываются с помощью одних и тех же понятий, и для них справедливы одинаковые закономерности» (236, С. 5).

В соответствии с этой концепцией авторы разработали и описали ряд опытов по колебательным и волновым процессам, сведя воедино механические и электромагнитные явления. Например, явление интерференции авторы предлагают изучать один раз, но глубоко. Вначале ученики наблюдают интерференцию когерентных волн на поверхности воды, затем слышат интерференцию звуковых волн и в последнюю очередь убеждаются в интерференции электромагнитных волн (в том числе и световых). Эта методика, по мнению авторов, позволяет получать учащимся более прочные знания о колебательных и волновых процессах.

Вместе с тем появляются пособия, в которых дается углубленное описание демонстрационных опытов по электродинамике, рассматривается новая методика изложения данного раздела, приводится описание новых приборов (часто оригинальных) и методика их применения (183, 234) и др. Среди них особо отметим пособие Н. М. Шахмаева и С. Е Каменецкого «Демонстрационные опыты по электродинамике» (234). В пособии дается описание большого количества опытов и приборов, подобранных по темам раздела. Описанию демонстраций по каждой теме предшествует краткое методическое введение, в котором обоснован выбранный порядок предложенных демонстраций. Самодельное оборудование, описываемое в пособии, сопровождается подробной инструкцией по его изготовлению (даны схемы электрических цепей, эскизы установок, некоторые технологические советы). Авторы пишут: «Использование новых приборов позволяет наиболее глубоко и просто показать физическую сущность демонстрируемых явлений» (234, С. 3).

Заметным явлением в методике демонстрационного эксперимента явилось издание книги С. А Хорошавина «Демонстрационный эксперимент по физике. Электродинамика.» (225). В этой книге автор подробно (на конкретных примерах) показал значение, роль и место демонстрационного эксперимента в преподавании физики, а также изложил разработанную им систему обучающего эксперимента в курсе физики первой ступени. Автор дает много практических советов по технике и технологии постановки демонстрационных опытов. Разработанные им опыты автор «привязал» к конкретному учебному материалу учебника. Автор пишет: «В тех случаях, когда содержание и последовательность демонстрируемых опытов определены содержанием и последовательностью изложения изучаемого материала, мы имеем не набор демонстрационных опытов, не пассивные иллюстрации к слову учителя, а систему обучающего демонстрационного эксперимента» (225, С. 10). Это положение в методике демонстрационного эксперимента автор определил как «принцип соответствия содержания демонстрационного эксперимента содержанию учебного материала». Автор считает, что, в первую очередь, необходимо разработать идеализированную систему демонстрационного эксперимента, которая определяется краткой формулой: «что надо показать ученикам», а затем думать над тем, «как показать, какие материальные средства для этого потребуются».

Много внимания автор уделил демонстрационному эксперименту политехнического содержания. «Демонстрация опытов политехнического содержания, - пишет автор, - не самоцель, а средство, позволяющее наиболее экономными и эффективными способами решать одну из важных задач образования подрастающего поколения, а поэтому простота демонстрационной установки и техники демонстрирования - важный критерий отбора демонстрационных опытов политехнического содержания» (225, С. 15). Чтобы демонстрируемый опыт политехнического содержания «вписывался» в содержание урока, необходима его логическая связь с изучаемым материалом.

К этой же серии можно отнести книгу Т. Н. Шамало «Учебный эксперимент в процессе формирования физических понятий» (229). Автор на примере учебного эксперимента по механике, опираясь на психологические особенности учащихся, показала его роль и место при формировании понятий. По мнению Т. Н. Шамало, учебный эксперимент должен выполнять две функции. Первая функция - создание чувственно-наглядных образов, призванных формировать обобщенные образы представления, вторая - создание практических проблемных ситуаций при переходе от абстрактного к конкретному (эксперимент в процессе конкретизации).

В зависимости от функции учебного эксперимента предлагается производить отбор опытов, а также выбор формы эксперимента. Автор выделяет четыре дидактические формы проведения эксперимента: исследовательскую, иллюстративную, репрезентативную (или комбинированную), фактологическую (или мысленный эксперимент).

Значительный интерес в начале 50-х годов вызвало появление методического пособия немецких авторов Р. Гирке и Г. Шпрокхофа «Эксперимент по курсу элементарной физики». В русском издании руководство состоит из шести частей. Как отмечают авторы, «эксперимент, описанный в руководстве, во многом отвечает задачам политехнического обучения» (42, Ч I, С. 11).

Четвертая и пятая часть руководства посвящены методике и технике демонстрационного и лабораторного эксперимента по разделу «Электричество». В четвертой части дано описание 127 экспериментов, в пятой - 172.

При отборе демонстрационных опытов авторы придерживались следующей концепции:

1 .Устанавливать факт физического явления, закона, используя простейшее самодельное оборудование (кроме электроизмерительных приборов и источников тока).

2. Демонстрировать не готовые установки, а «собирать их из отдельных частей по ходу изложения и объяснения».

3. Там, где это возможно, следует привлекать учащихся к проведению демонстрационных опытов.

Авторы пишут: «Эксперимент, проведенный на самодельном оборудовании и в самом процессе изложения материала, более доходчив, а значит, и педагогически более целесообразен» (42, Ч.1, С. 11).

Авторы уделяют большое внимание постановке фундаментальных опытов на количественной основе. Примером этому являются опыты по проверке закона Кулона с использованием модели крутильных весов (по Шюрхольцу), по проверке закона электромагнитной индукции, закона Фарадея для электролиза и др. Представляют интерес опыты, раскрывающие понятия напряженности электрического и магнитного полей, электроемкости конденсатора.

Достаточно большое количество опытов политехнического содержания, приводимых

в пособии, отражают принцип работы технических (во многих случаях оригинальных) устройств, основанных на использовании изученных физических явлений и законов. Методические идеи, заложенные в руководстве, разработанные опыты не потеряли своей ценности до настоящего времени.

Итак, как видим, роль, содержание и методика применения демонстрационного эксперимента широко освещены в работах Е. Н. Горячкина, В. П. Орехова (49), П. А. Знаменского (90), А. А. Покровского (168), Л. И. Резникова (178), М. А. Данилова и В. П. Есипова (54), Н. М. Шахмаева (233) и Н. М. Шахмаева и С. Е. Каменецкого (234), С. А, Хорошавина (224; 225), Л. И, Анциферова (7; 8), Т. И. Шамало (229; 230), Шпрокхофа (243), А. А. Марголиса (141) и др.

Вопросы совершенствования методики и техники школьного демонстрационного эксперимента регулярно освещаются на страницах журнала «Физика в школе», а также в выходящих сборниках «Физический эксперимент в школе» (214; 216 - 220). Много внимания, особенно в последнее время, журнал уделяет совершенствованию учебного эксперимента по темам и разделам школьного курса физики с использованием самодельного оборудования (226; 172; 70; 95; 97; 162; 157; 125; 161; 228). Среди них особый интерес представляют работы В. В. Майера (125), С. А. Хорошавина (226), Г. И. Первака (161; 162), С. А. Неверова (157) и др. Например, в рубрике «Демонстрационный эксперимент с упрощенными приборами», С. А. Хорошавин показывает секреты мастерства при подготовке того или иного опыта, рассматривает технологию изготовления простейших приспособлений, приборов, с помощью которых удается довольно эффективно демонстрировать программные опыты по электричеству. В основном это качественные иллюстративные опыты, рассчитанные на начинающего учителя физики, который испытывает дефицит в фабричных демонстрационных приборах.

Особый интерес представляют статьи, в которых описываются самодельные приборы (или комплекты приборов), с помощью которых демонстрируется широкий спектр демонстрационных опытов по отдельной теме. Так, Пулатов Ю. и др. (172) разработали комплект приборов по электромагнетизму, с помощью которого можно продемонстрировать «практически все опыты, необходимые при объяснении учащимся динамических действий магнитных полей». Это опыты по наблюдению взаимодействию токов, силе Ампера, ориентирующему действию магнитного поля на контур с током и др. Входящие в комплект приборы технологичны в изготовлении, не потребляют высокого напряжения или большой силы тока (источник тока - гальванический элемент 373), чувствительны (используется свойство рычага), наглядны.

Разработанные комплекты приборов позволяют на высоком методическом уровне показать основные программные опыты без широкого привлечения фабричного оборудования, что особенно актуально для сельских школ, в которых в последнее время практически исчезает демонстрационный эксперимент. Статья М. Н. Скаткина, Н. П. Булатова «О политехническом образовании в преподавании физики» (193) явилась началом поиска путей политехнизации с помош;ью различных методов обучения (решение задач, демонстрационный эксперимент). В этом направлении следует отметить работы Г. И. Жерехова, опубликованные в журнале «Физика в школе» (75; 77; 78; 79), в которых автор средствами демонстрационного эксперимента иллюстрирует применение физических методов в геологии (разведка полезных ископаемых), сельском хозяйстве (земледелие, кормопроизводство), военном деле (минные устройства), электроэнергетике (передача электроэнергии на расстояние) и т. п.

Очень ценными являются демонстрации, в которых одна и та же установка используется для показа явления или закономерности и для показа практического применения этого явления и закономерности. Этим самым подчеркивается связь между изучаемой наукой и применением данных науки в практической деятельности. Так, например, Г. И. Жерехов в статье «Модернизация генератора сантиметровых электромагнитных волн» (78) показывает, что небольшое усовершенствование СВЧ генератора позволяет использовать его в практических целях в качестве радиопередающего устройства музыки, речи.

Таким образом, критерием отбора политехнических демонстраций должна быть логическая связь с изучаемым программным материалом, с содержанием урока, а также значимость данного устройства в современной технике

Использование в демонстрационном эксперименте новых научных и технических средств отражено в работах Н. И. Шефера и Н. Б. Букиной (238), А. П. Мушкова (155), В. Ф. Шилова (241), В. С. Бирюкова и А. В. Прокофьева (17), Г. Т. Горбунова (45) и др. Например, В. Ф. Шилов (241) в статье «Проблемы и перспективы фронтального лабораторного эксперимента» рассматривает возможность применения цифровых мультиметров в учебном процессе.

Дидактические функции демонстрационного эксперимента неоднократно освещались на страницах журнала «Физика в школе». Это статьи: А. А. Найдина «Эксперимент в структуре физической теории» (156); С. А. Хорошавина «Дидактический принцип наглядности» (227); А. Б. Айнбиндера «Как облегчить понимание демонстрационного эксперимента» (2); Э. М. Браверман «Физический эксперимент учащихся как средство их развития» (22); А. Н. Малинина «Познавательная функция физического эксперимента» (135); В. Я. Синенко «Структура методики и техники школьного физического эксперимента» (191) и т. д. Отметим статьи Н. М. Зверевой «О выдвижении учащимися гипотез при решении учебных проблем» (84); Р. И. Малафеева, «Беседы с учащимися - одна из форм проблемного обучения» (127), в которых рассматривается применение в обучении частично-поискового метода, статью С. В. Анофриковой «Отбор демонстраций к уроку» (5). Частично-поисковый метод предполагает поэтапное решение учащимися поставленной перед ними учебной проблемы путем самостоятельного активного поиска. При этом подключать учеников к поиску можно на разных этапах урока, используя различные методические приемы. Например, Р.И.

Малафеев показывает возможность реализации частично-поискового метода на основе обращения к вопросно-ответной форме при изучении старшеклассниками нового материала. Так, для проблемного изучения какого-либо явления автор использует «опорный» эксперимент. Им может быть известный опыт, например опыт по наблюдению явления самоиндукции, фотоэффекту и др. Автор показывает, как с помощью продуманной системы вопросов удается активизировать мыслительную деятельность учащихся и управлять процессом усвоения знаний. Демонстрационный эксперимент при такой форме подачи материала выполняет не иллюстративную функцию, а выступает как проблемный и исследовательский.

С.В. Анофрикова в статье (5) рассматривает проблему отбора демонстраций из ряда описанных в методической литературе вариантов. Автор предлагает отбирать демонстрации, руководствуясь в первую очередь критерием выразительности и убедительности.

Демонстрационная установка должна отвечать критерию выразительности, если она:

1) позволяет показывать физическую сущность явления;

2) делать это наиболее простым («прямым») способом.

Убедительными можно считать те опыты, которые не вызывают сомнений в справедливости результата и не дают повода к двойственному или неправильному толкованию.

Если демонстрационная установка признана выразительной и убедительной, ее можно собирать и настраивать.

Анализ известных методических руководств по учебному эксперименту показывает, что критерию выразительности и убедительности демонстрационного опыта отвечают не все предлагаемые опыты. Поэтому совершенствование демонстрационного эксперимента на предмет соответствия содержания опыта и его практической реализации - важная задача методики физики.

На основе анализа учебно-методической литературы мы выделили следующие основные направления, характерные для развития демонстрационного эксперимента:

В настоящее время формы организации физического эксперимента достаточно четко определились (демонстрации, лабораторные занятия, физический практикум). Каждый его вид выполняет свою функцию. В этой системе теме физического эксперимента демонстрационному эксперименту уделяется первостепенное значение.

С развитием содержания школьного курса физики разрабатывались новые физические опыты, пик такой работы пришелся на 70-е годы. В эти годы массовая средняя школа переходила на новые программы и новые учебные пособия. В какой-то мере аналогичный процесс наблюдается и в настоящее время, в связи с дифференциацией учебного процесса, появлением профильных классов, школ и т. п. Однако содержание, роль и место учебного физического эксперимента в новой системе обучения еще недостаточно разработаны.

Анализ методических руководств по физическому эксперименту показывает, что они ориентируют в, основном, на показ иллюстративных опытов и совершенно недостаточно - на демонстрации развивающего типа.

Нуждаются в дальнейшей разработке политехнические опыты, содержание которых соответствовало бы производственному окружению школьников, задачам профессионального обучения.

Разработанные демонстрации, поставленные на типовом школьном оборудовании, в основном показывают качественную сторону физического явления или закономерности. Это касается многих демонстрационных опытов по электростатике, электромагнетизму. Возникает необходимость в применении новых (цифровых) демонстрационных измерительных приборов, позволяющих ставить количественные демонстрации.

В поисках путей совершенствования методики проведения демонстрационных опытов по физике нельзя забывать о необходимости учета психологических особенностей учащихся и о том, что методика должна быть максимально ориентирована на развитие их творческих способностей.


1.2. Психологические основы развивающего обучения при выполнении демонстрационного эксперимента на уроках физики


Учебный эксперимент, писал Б. С. Зворыкин, лежит в основе изучения электродинамики, являясь одновременно «...источником знания, методом обучения и видом наглядности» (87, С.4). Глубокое уяснение учащимися большинства изучаемых в школьном курсе физики вопросов невозможно без постановки демонстрационных опытов

Признавая важность учебного эксперимента, следует подумать об эффективности демонстрируемых опытов, которая во многом зависит от того, какую функцию реализует тот или иной опыт. По нашему мнению, демонстрационный эксперимент должен выполнять не только обучающую, но и развивающую функцию, т. е. содействовать развитию мышления, наблюдательности, творческого воображения учащихся, их способностей.

Однако часто демонстрационные опыты используются только как иллюстрации к объяснениям учителя. Роль их при этом заметно обедняется. Совершенствование методики применения демонстрационных опытов с целью повышения познавательной активности учащихся, их творческого мышления невозможно без учета психических закономерностей их развития.

Демонстрация физических опытов вызывает у учащихся такие психические процессы, как ощущение, восприятие, представление, обобщение, воображение. Учет психических закономерностей развития детей обеспечивает надежность процесса обучения.

В современной дидактике важную роль играет теория развивающего обучения, основоположником которой является наш соотечественник Л. С. Выготский (33). Он считал, что обучение и развитие два независимых, но сопряженных процесса: обучение продвигает развитие, а развитие подготавливает и делает успешным обучение. На основе углубленного анализа обширных фактических материалов, связанных с этими отношениями, Л. С. Выготский формулирует положение о том, что умственное развитие имеет два уровня:

1) уровень актуального развития, фиксируемый по некоторым завершенным его циклам;

2) уровень зоны ближайшего развития, ориентируемый по еще не завершенным циклам.

Первый уровень можно определить, используя задачи, которые дети того или иного возраста решают вполне самостоятельно, второй - используя задачи, которые дети того же возраста решают с помощью взрослых и товарищей, в сотрудничестве с ними. Однако эти же задачи дети через некоторое время (для разных детей неодинаковое) начинают решать самостоятельно.

«Зона ближайшего развития, - писал Л. С. Выготский, - это расстояние между уровнем его актуального развития, определяемая с помощью задач, разрешаемых самостоятельно, и уровнем возможного развития ребенка, определяемым с помощью задач, решаемых ребенком под руководством взрослых и в сотрудничестве с более умными его сотоварищами» (33, С. 345). По мнению Л. С. Выготского, самым существенным симптомом детского развития является не то, что ребенок делает самостоятельно, а лишь то, что он выполняет в сотрудничестве со взрослыми, при их помощи.

Таким образом, построение учебного процесса должно опираться на зону актуального развития (область наличных возможностей) и стимулировать продвижение в зону ближайшего развития (область потенциальных возможностей).

Иными словами, обучая, необходимо ставить задачи, вызывающие учебные затруднения у учащихся. Решение этих задач должно требовать размышлений, коллективных обсуждений, выдвижения гипотез и их проверку. Применительно к физике ведущими методами преподавания в развивающей модели являются проблемный, частично-поисковый и исследовательский методы.

Теоретические положения школы Л. С Выготского получили дальнейшее развитее в работах российских психологов: В. В. Давыдова (53), Н. А. Менчинскои (145; 146; 147), Л. В. Занкова (82), Е. Н. Кабановой-Меллер (100), И. С. Якиманской (250), Д. Н. Богоявленского (19), С. Л. Рубинштейна (180) и др.

Зная психологические закономерности умственной деятельности учащихся, учитель сможет так организовать учебный процесс, когда знания даются учащимся не в готовом виде и сразу в большом объеме, а дозировано, с учетом индивидуальных способностей каждого ученика. Главная задача при этом - вооружать учащихся знаниями, одновременно развивая их умственные способности.

Таким образом, умственное развитие представляет собой очень сложную динамическую систему качественных и количественных изменений, которые происходят в мышлении человека под воздействием многих факторов: возраста, жизненного опыта, индивидуальной эволюции его психики.

Основными компонентами умственного развития, по мнению психологов, считаются: фонд действенных знаний обучаемость как способность к их самостоятельному приобретению, а также личностные параметры - познавательная мотивация, саморегуляция, самооценка.

Основа совершенствования методов обучения состоит в том, чтобы найти оптимальные условия, при которых наиболее плодотворно осуществляется процесс учения и развития. Нельзя развивать мышление за счет уменьшения роли памяти, не имея фонда конкретных знаний в процессе познания.

Необходимо помнить известное высказывание И. М. Сеченова: «Через голову человека в течение всей его жизни не проходит ни единой мысли, которая не создавалась бы из элементов, зарегистрированных в памяти. Даже так называемые новые мысли, лежащие в основе научных открытий, не составляют исключения из этого правила» (189, С. 320).

Отсюда вытекает задача: не игнорировать память в расчете на развитие мышления, а усилить взаимодействие ее и мышления, развивать человека можно в какой-то мере судить об уровне его умственного развития.

Однако, таким показателем не могут служить знания, усвоенные формально, т. е., круг которых ограничен лишь знакомыми типами задач. Действенность знаний, их влияние на умственное развитие и личность ученика зависят от глубокого понимания материала, широты его применения на практике. Только глубоко осмысленные сведения способны существенно влиять на мыслительную деятельность учащихся, на их личность, открывая возможности для продуктивной деятельности. В свою очередь понимание физического материала школьниками во многом зависит от квалификации учителя: знания должны быть преподнесены в доступной и наглядной форме, в их логической последовательности.

Логичное изложение учебного материала помогает целостному восприятию содержания, а значит, облегчает процесс понимания. По мнению известного российского психолога 3. И. Калмыковой, «понимание излагаемого материала, его целостное восприятие во многом зависит от логики его изложения.

Чем четче и ярче выполнено членение материала на части, чем выпуклее сделаны логические связи между ними, подчеркнуты компоненты, содержащие новые знания, тем понятнее его содержание» (102, С. 70).

Понимание материала - это начальная стадия получения знаний. Дальше необходим перевод понятого материала из оперативной памяти в долговременную память, что требует его многократного повторения.

С другой стороны, для облегчения процесса усвоения знаний используют наглядные средства обучения. Психологи выделяют два вида наглядности: конкретную и абстрактную. Конкретная («вещественная») - это наглядность на уровне явления, приближена к объекту, копирует его внешние признаки, абстрактная — наглядность на уровне сущности явления (знаковая, символическая). Преимущество наглядности в том, что она дает целостную картину наблюдаемого явления, включающую все необходимые смысловые связи и их компоненты. Тем самым она приводит в действие важнейшие мыслительные операции, позволяющие проникнуть в суть новых знаний. При опоре на наглядность в действие вступает как словесно-логическое, так и конкретно-образное мышление, что позволяет значительно облегчить нагрузку на память и упростить процесс формирования обобщений (поскольку не требуется удерживать в уме одновременно значительное число компонентов).

На разных этапах познания наглядность выполняет различные функции. На начальном этапе она обеспечивает отражение в сознании предметов и явлений реального мира, благодаря чему формируются чувственно-наглядные образы этих предметов и явлений. Здесь наглядность осуществляет то «живое созерцание», с которого начинается процесс познания. По мнению Д. И. Богоявленского, Н. А. Менчинской (19, 145), наглядность включает психические процессы ощущения и восприятия для формирования представлений, т. е. воспроизводимых памятью образов многих предшествующих восприятий.

Развитие представлений - это не только «копии» предметов и явлений, но и носители обобщенного знания, переходного между чувственными образами, с одной стороны, и абстрактными понятиями, с другой. На этапе изучения связей между физическими явлениями, когда вводятся понятия, роль наглядности меняется. Сознание уже оперирует образами высокой степени обобщенности - знаками и терминами, которыми закодированы понятия.

На этапе восхождения от абстрактного к конкретному происходит «перекодировка» знака в образы чувственно воспринимаемых явлений и процессов. Изменяются и функция наглядности.

Исходя из вышесказанного, мы рассматриваем наглядность как систему способов и средств, способствующих созданию в сознании образов предметов и явлений различной степени обобщенности (от конкретных до знаковых), отражающих реальный мир.

В преподавании физики используются такие средства наглядности, как демонстрационный эксперимент, объемные модели, графические пособия, учебные кинофильмы, видеофильмы и т. д. По мнению С. А. Хорошавина, «...модели, графические пособия представляют собой «препарированные» отображения реальных предметов, явлений и свойств окружающей природы; записи, зарисовки и изображения на экране дисплея - это абстракции, отсутствующие в реальной жизни. И только демонстрационный эксперимент являет ученику ту самую природу, которую изучает школьная физика» (227, С. 74).

Итак, демонстрационный физический эксперимент является одним из мощных средств, призванных формировать образное мышление. При показе опыта (пусть иллюстративного) главная задача учителя - так организовать наблюдение явления, чтобы оно предстало перед учащимися наиболее выразительно и запечатлелось в памяти. Слово учителя в этот момент кодирует образ явления, позволяя тем самым запечатлеть образ вместе с присвоенным ему знаком.

Такое одновременное действие на сознание нового образа и соответствующего ему знака позволяет ученику, оперируя образами, производить мыслительные операции как операции со знаками. И наоборот, каждый абстрактный знак вызывает в памяти ученика реальный мир явлений, предметов, свойств. В том случае, когда эта связь утрачивается, знания становятся формальными.

Учет психологических особенностей ученика при формировании понятий средствами физического эксперимента впервые обстоятельно исследовала Т. Н. Шамало (229). Она разделила учебный демонстрационный эксперимент на две условные группы. Эксперимент первой группы, считает автор, должен работать на создание чувственно-наглядных образов представления. Демонстрационные опыты этой группы необходимы на начальном этапе изучения физики, для систематизации и углубления уже имеющихся у учащихся чувственно-наглядных образов. Поэтому учебный эксперимент (демонстрационный, лабораторный) должен сформировать как можно больше образов, чтобы была возможность для обобщения и вариативности.

Эксперимент второй группы приближен к реальным (конкретным) практическим ситуациям. Он позволяет познавать конкретное через абстрактное «в полном его богатстве», формируя практические умения и навыки, познавая многообразие реального мира.

Признавая важность такой классификации демонстрационных опытов, мы считаем необходимым определить, какую роль и место занимают демонстрации развивающего типа в той или иной классификации. На этот вопрос, как правило, исследователи не дают полного ответа. Разработка демонстрационных опытов, вписывающихся в контекст теории развивающего обучения, требует пересмотра традиционной методики, направленной на показ иллюстративных опытов. А суть методики развивающего обучения в том, что ни слишком легкое для усвоения, ни слишком трудное преподнесение новых знаний не развивает ученика; оптимальным для развития будет такая подача материала, при котором он будет понят на основе активной работы их мышления с обязательным использованием при этом наглядных опор. Иначе говоря, при развивающем обучении должны быть запрограммированы преодолимые трудности. Об этом высказывались такие известные психологи, как Л. С. Выготский, С. Л. Рубинштейн (33, 180).

Мы считаем, что на этом этапе большую роль могут сыграть практические задания в виде творческих экспериментальных задач, проблемные опыты, а также демонстрационные опыты исследовательского типа. Такие творческие экспериментальные задачи можно найти у Р. И. Малафеева (133), А. В. Усовой (208), Г. В. Меледина (144), Л. А. Горева (46), С. С. Мошкова (154) и др.

Примеры нестандартных экспериментальных заданий по электродинамике, разработанные нами на базе самодельного комплекта учебного оборудования, приведены во второй главе.

Это и задания на проектирование и расчет электрических цепей, исследовательские задачи по электростатике и электромагнетизму и др. Практика показывает, что систематическая работа учителя, направленная на активизацию мыслительной деятельности средствами демонстрационного эксперимента, весьма эффективна.

Вместе с тем в психологии существуют и другие теории усвоения знаний. Так, Н. Ф. Талызина, П. Я. Гальперин (196, 40) и др. разработали деятельностную теорию усвоения знаний. Они исходят из того что, обучая, необходимо дозировано регламентировать познавательную деятельность, задавая извне систему ориентировочных действий (ООД). Следуя ей, ученики быстрее учатся развивать мыслительные операции на конкретном материале, приобретая необходимые умения и навыки. В систему ориентировочных действий по Талызиной входят: мотивационный этап (рассчитан на возбуждение интереса к предстоящей познавательной работе); этап «материализации», связанный со знакомством с новым материалом, этап упражнений, благодаря которым вырабатываются навыки решения типовых задач. Н. Ф. Талызина с позиции развиваемой ею теории довольно подробно рассматривает, на что должен ориентироваться в процессе познания учащийся, какие действия, с какой целью и как должен выполнять.

Известный психолог 3. И. Калмыкова на экспериментальном материале показала, что «жесткая» регламентация познавательной деятельностью учащихся с ориентацией на заданную извне систему операций облегчает начальный этап усвоения знаний, предохраняет от ошибок, ускоряет формирование нужных навыков. Однако при усложнении задач, необходимости некоторого изменения арсенала и порядка операций школьники испытывают существенные трудности, которые зачастую не могут самостоятельно преодолеть. Примерно такой же точки зрения придерживается Н. Ф. Эсаулов, считая, что «шлифовка готовых знаний никак не соотносится с естественным ходом усвоения этих знаний учащимися» (244, С, 126).

Применительно к физике идеи Н. Ф. Талызиной получили развитие при формировании у учащихся определенных экспериментальных умений и навыков (206). Для этого разрабатываются подробные алгоритмы действий, своего рода готовая инструкция, следуя которой учащиеся производят, например, соответствующие измерения. В эту инструкцию включены операции по измерению линейных размеров тел, площадей, знакомство с чтением шкал, введением понятия о цене деления измерительного прибора, упражнения по определению цены деления, показ правил отсчета показаний различных приборов, определение точности измерения, запись результатов измерения.

Специальные исследования, проведенные под руководством А. В Усовой (206), показали положительное влияние использования алгоритмов на формирование у учащихся измерительных умений и навыков. При решении экспериментальных задач разных видов также полезно использовать алгоритмы решения, которые могут включать несколько общих правил. Мы считаем также, что нельзя отвергать обучение, которое опирается на готовую инструкцию, на образец, но подходить к любой регламентации надо осторожно. Такое обучение направлено главным образом на развитие репродуктивного мышления, заключающегося в воспроизведении усвоенных знаний и не требующего существенного выхода за его пределы. Этот вид умственной деятельности - основа для более высокого уровня. Например, известно, что развитию творческого мышления способствует умение ученика наблюдать то или иное физическое явление, т.е. видеть сущность явления и выделять из многих второстепенных факторов главный. Учить наблюдению, на первых порах, можно и по готовым инструкциям, но всегда нужно следить за тем, чтобы они не заслоняли сущность демонстрируемого явления, не затрудняли процесс его усвоения учащимися. Поэтому алгоритмы не должны быть слишком подробными, «навязчивыми», а давали бы определенный простор, свободу действий, в то же время помогая выделить главный фактор наблюдаемого явления. С нашей точки зрения, необходимо совершенствовать методику наблюдений за физическими явлениями при демонстрировании различных опытов, особенно проблемных.

Там, где требуется от учащихся проявления самостоятельности, «открытие» (хотя и субъективное) новых знаний, решение новых проблем, имеет место продуктивное, творческое мышление. При творческом подходе к проблеме ученику приходится действовать не по алгоритмам, а в условиях неопределенности, часто интуитивно. В то же время существуют эвристические приемы (методы моделей и аналогий, варьирование данных, схематизация условий и др.), которые не гарантируют успеха, но облегчают поиск.

Развитию продуктивного мышления способствует, как уже говорилось выше, учебный физический эксперимент, в частности, решение экспериментальных задач. На это указывал академик П. Л. Капица, считая, что «следует задачи ставить менее определенно, давая ученику самостоятельно подбирать подходящие величины из опыта» (106, С. 32).

Таким образом, многие приемы практической направленности теснейшим образом увязаны с мыслительными операциями. В качестве примера рассмотрим постановку демонстрационного эксперимента. Для этого нужно выполнить в числе других такие операции: анализ, чтобы установить:

а) какие компоненты нужно в опыте менять, а какие - оставить постоянными,

б) где причина явления, а где следствия;

в) как регистрировать происходящие перемены, т. е. какие и где индикаторы поставить; индукцию, чтобы сформулировать вывод из полученных фактов; синтез информации, чтобы подготовить отчет или устное сообщение.

Следовательно, демонстрационный опыт, непосредственно воздействуя на органы чувств, должен создавать реальную основу для размышлений - анализа, синтеза, умозаключений и обобщений. В этой связи полезно давать учащимся задания, например, на проектирование и расчет электрических цепей, на конструирование демонстрационных установок, для исследования зависимости между физическими величинами и т. д. Примеры подобных заданий приведены во второй главе.

Оба вида мышления - репродуктивное и продуктивное находятся в диалектически противоречивом единстве. При знакомстве с задачей человек пытается решить ее известными ему способами, т. е. на основе репродуктивного мышления; часто это позволяет ему только убедиться в том, что таким путем с задачей не справиться. Тогда возникает «проблемная ситуация»: как найти новый путь, пригодный для решения задачи. При этом запускается механизм продуктивного мышления, который на начальном этапе происходит с большой долей неопределенности, интуитивно, а лишь затем осознается. Отсюда вытекает важный вывод: одним из условий развивающего обучения является его направленность на развитие обоих видов мыслительной деятельности.

Мы считаем, что эти методы можно с успехом применять на уроках физики, широко привлекая демонстрационный и лабораторный эксперимент. Так, Р. И. Малафеевым разработана новая методика проведения лабораторных работ, ориентированная на развитие самостоятельности, творчества (133). Лабораторные работы проводятся в виде самостоятельного (без инструкций) решения небольших экспериментальных задач, часть которых носит творческий характер. Автором реализован важный психологический принцип, лежащий в основе теории развивающего обучения: оптимальное сочетание репродуктивного и продуктивного мышления школьников. Подобная методика применена нами при постановке демонстрационных опытов на уроках обобщающего повторения. Учащимся предлагается система усложняющихся экспериментальных заданий, которые они решают на первом часе занятия. Учитель средствами эксперимента направляет самостоятельную деятельность отдельных учащихся. На втором часе занятия организуется обсуждение идей (дискуссия), в ходе которой у учащихся формируются умения высказывать и обосновывать свое мнение, понимать чужое, вести критику, искать позиции, объединяющие обе точки зрения, и находить компромисс, «докапываться» до истины.

Реализовать учебный процесс развивающего типа можно и с помощью включения проблемных заданий. Практика показала, что наиболее эффективно это можно осуществить средствами демонстрационного эксперимента, предлагая различные проблемные задания (на уроках объяснения нового материала, повторения, и уроках, посвященных решению экспериментальных задач).

В соответствии с рекомендациями психологов все большее и большее значение в этом процессе приобретает диалог между учителем и учеником, эвристическая беседа, в ходе которой учитель своими вопросами стимулирует поиск учащимися идей решения рассматриваемой проблемы. Такая беседа помогает ученику легче усваивать учебный материал, а учителю лучше понять школьника и трудности, возникающие у него в работе.

Анализируя психологические особенности развивающего обучения, мы пришли к следующим выводам:

1. Основы теории развивающего обучения заложены Л. С. Выготским, считавшим, что обучение представляет особым образом организованное общение, когда под руководством взрослых, прежде всего педагогов, определяется ближайшая перспектива развития школьника (зона ближайшего развития).

2. Суть такого подхода при обучении физике состоит в том, чтобы не просто рассказать учащимся учебный материал, а организовать совместную деятельность, учить составлять план деятельности, обнаруживать закономерности в явлении, устанавливать принадлежность сторон явления, выдвигать и отстаивать собственные гипотезы.

3. В физике наиболее доступным источником знаний является демонстрационный эксперимент. Реализация идей развивающего обучения возможна при включении в учебный процесс проблемных опытов, заданий исследовательского и конструкторского характера

Итак, организация демонстрационного эксперимента, учитывающая психологические особенности учащихся данного возраста - важное условие его эффективности.


1.3. Состояние проблемы совершенствования демонстрационного

эксперимента в школьной практике


Начиная с 70-х годов XX столетия, когда были разработаны новые программы по физике, учебные пособия, основное число исследований по проблемам демонстрационного эксперимента было посвящено разработке демонстраций и лабораторных работ по новым разделам курса. Это направление развивается и сейчас в связи с появлением профильных классов и новых типов учебных заведений. Создание системы обучающего эксперимента по курсу физики в соответствии с выбранным профилем (гуманитарным, прикладным, физико-математическим) - одна из актуальных проблем методики физики на современном этапе. Вместе с тем остается актуальной проблемой совершенствование учебного физического эксперимента в массовой школе, где обучение происходит по единым программам для всех учащихся Вставка Стандарт

Для выяснения состояния изучаемой проблемы в школьной практике, были использованы результаты анкетирования учителей (). Вопросы анкет составлены соответственно структуре учебного физического эксперимента, которая включает в себя: технические средства учебного физического эксперимента, технику экспериментирования, методику его использования при обучении школьников физике.

Анализируя ответы учителей по первому вопросу анкеты, можно констатировать, что оснащенность школьных физических кабинетов учебным оборудованием находится на недопустимо низком уровне. Почти треть опрошенных учителей (29,8 %) не может поставить даже половины программных демонстраций из-за отсутствия или изношенности физических демонстрационных приборов. 17 % учителей указывают на крайне низкую возможность своих учебных кабинетов в постановке демонстрационных опытов (менее 20%).

В какой-то мере это объясняется и субъективным фактором, так как в списке анкетируемых были учителя, не имеющие базового физического образования. 27,6 % учителей достаточно высоко оценивают возможности своих физических кабинетов (могут поставить свыше 60 % программных демонстраций), а 42,5 % - примерно половину.

Несколько лучшее положение наблюдается в обеспеченности кабинетов методической литературой по методике и технике демонстрационного эксперимента (треть учителей не испытывают недостатка в такой литературе). Однако, основное пособие, которое учителя используют при постановке демонстрационных опытов - это руководство по школьному физическому эксперименту под ред. А. А. Покровского. 60 % учителей не используют в качестве пособия по эксперименту журналы «Физика в школе», «Квант», «Физика» (приложение к газете «Первое сентября»). Учителя попросту не выписывают эти журналы из-за высокой их стоимости. Часть учителей (29,8%) использует методические пособия, которые издает и распространяет ИПК и ПРО. Учителя остро нуждаются в разработке новых демонстраций на самодельном оборудовании (68,1 %), а также в усовершенствовании классических демонстраций (31,9 %). Использование простого самодельного оборудования позволяет в какой-то мере компенсировать нарастающий дефицит приборов в школах области.

Учителя, использующие демонстрационный эксперимент в школьной практике, стараются активизировать познавательную активность учащихся, привлекая их к самостоятельному объяснению, предсказанию результатов опыта. Другие формы активизации, где требуется творческое мышление учащихся, применяются крайне редко.

Очевидно (это показала и личная беседа с учителями) в школьной практике демонстрационный эксперимент используется в качестве иллюстрации к объяснению учителем теоретического материала. Все учителя отмечают низкую экспериментальную подготовку учащихся, которая, по их мнению, связана с обилием иллюстративных опытов, описанных в учебных пособиях и недостатком разработанных опытов творческого характера. Из ответов учителей видно, что ими явно принижена роль демонстрационных экспериментальных задач. Большинство учителей (81,8 %) считают, что экспериментальные навыки можно приобрести только на лабораторных занятиях. В то же время всего 9 % учителей используют творческие задания при проведении таких занятий.


Выводы по главе 1


Анализируя состояние проблемы развития методики и техники демонстрационного эксперимента при изучении физики в целом, мы пришли к следующим выводам:

1. Экспериментальный метод обучения основам физики по своей логической структуре соответствует научному методу. Учебный физический эксперимент органически входит во все компоненты этой структуры.

2. В методической литературе в достаточной степени разработаны вопросы содержания, роли и места иллюстративного демонстрационного эксперимента в преподавании физики. Вместе с тем уделяемое ему в настоящее время внимание не соответствует тому значению, которое он имеет для формирования основных понятий физики.

3. С точки зрения деятельностного подхода совершенно иные требования необходимо предъявлять демонстрационным опытам на уроках физики. Если традиционно их проводили для обеспечения требований принципа наглядности, то теперь эксперимент должен стать получения новых для учащихся знаний и развития их мышления.

4. В практике преподавания демонстрационный эксперимент очень часто используется эпизодически и бессистемно. Опыты обычно показывают в ходе изложения нового материала. Другие формы учебных занятий, на которых решаются исследовательские и конструкторские задачи применяются крайне редко.

5. Экспериментальная подготовленность учащихся находится на низком уровне. Причинами этого являются:

- недостаточный уровень самостоятельности учащихся при проведении демонстрационных опытов исследовательского и конструкторского характера;

- в процессе обучения физике не формируются умения и навыки обращения с современным техническим и физико-техническим оборудованием и ' приборами.

6. В общей структуре демонстрационных опытов мало опытов политехнической направленности, соответствующих производственному окружению, профилю школы.

7. Материально-техническая база кабинетов физики не отвечает современному уровню. Кабинеты остро нуждаются в приборах общего пользования, а также в демонстрационных измерительных приборах. Резерв в пополнении приборов - разработка комплектов самодельного оборудования по наиболее важным темам электродинамики, а также в совершенствовании (модернизации) типового школьного оборудования.

8. Разработанные демонстрации, поставленные на типовом школьном оборудовании, в основном показывают качественную сторону физического явления или закономерности. Это касается многих демонстрационных опытов по электростатике, электромагнетизму. Возникает необходимость в применении новых (цифровых) демонстрационных измерительных приборов, позволяющих ставить количественные демонстрации.

9. В поисках путей совершенствования методики проведения демонстрационных опытов по физике нельзя забывать о необходимости учета психологических особенностей учащихся и о том, что методика должна быть максимально ориентирована на развитие их творческих способностей.


Глава 2

Основные пути совершенствования учебного демонстрационного эксперимента по электродинамике


2.1. Совершенствование оборудования учебного демонстрационного эксперимента и методики его применения при изучении вопросов электродинамики


Вполне очевидно, что совершенствование демонстрационного эксперимента может идти по двум направлениям:

1) совершенствование учебного оборудования;

2) совершенствование методики выполнения демонстрационных опытов.

Остановимся на первом из этих пунктов. Как уже отмечалось выше, организация демонстрационного эксперимента в школе сопряжена с немалыми трудностями: новые приборы не поступают в школу, т. к. имеют слишком высокую стоимость. Парк демонстрационного и лабораторного оборудования не отвечает современному состоянию развития физической науки и техники. Все это сказывается на качестве обучения физике в средних школах, в особенности при изучении раздела «Электродинамика», где для его полноценного изложения необходимо большое количество приборов высокого класса. Но даже приборы, выпускавшиеся «Главучтехпромом», «Росучприбор», «Интос». далеко не всегда отвечают нужным требованиям.

Таким образом, очевидна необходимость в разработке новых приборов и установок, усовершенствовании имеющихся фабричных приборов, что позволило бы на более высоком научном уровне строить учебный процесс при изучении электродинамики.

При разработке приборов мы придерживались требований, лежащих в основе конструирования физического учебного оборудования (51; 86; 87; 163; 213; 239), в разработке которых принимали участие известные ученые- методисты: Б.С. Зворыкин, Б.Ш. Перкальскис, В.А. Буров, А.Г. Глазырин,А.Ф. Шибаев, В.Ф. Шилов и др. Эти требования мы разделили по группам:

1) методические требования;

2) педагогические требования;

3) эксплуатационные требования.

В последнее время наблюдается тенденция создания комплектов учебного оборудования, которое позволяло бы ставить демонстрации в системе развивающего обучения. Требования, предъявляемые к такому комплекту, возрастают. Такой комплект (комплект расширения), по идее авторов (В.В. Майера, Е.С. Объедкова, В.Г. Разумовского, О.Ф. Кабардина, и др.), позволял бы демонстрировать не только базовые опыты, но и ставить и решать экспериментальные задачи исследовательского и конструкторского характера, моделировать типовые и нестандартные задачи, тем самым осуществлять экспериментальную поддержку задачной ситуации.

I. Методические требования. Приборы и оборудование должны удовлетворять следующим основным методическим требованиям:

соответствовать содержанию и задачам обучения;

способствовать изучению учебного материала на современном научном уровне; знакомить учащихся с приемами и методами научного познания;

помогать формированию основ физических теорий;

способствовать осуществлению связи физики с жизнью;

способствовать расширению политехнического кругозора учащихся;

позволять ставить и решать экспериментальные задачи исследовательского конструкторского характера;

позволять моделировать большое количество типовых задач.

II. Педагогические требования. Приборы и оборудование должны удовлетворять следующим основным педагогическим требованиям:

приборы должны состоять из ранее изученных учащимися элементов и частей;

принцип работы прибора, устройство должны быть объяснены на основе имеющихся у учащихся теоретических знаний;

ученики должны хорошо понимать функцию и назначение прибора;

приборы должны давать достоверную научную информацию.

Ш. Эксплуатационные требования. Приборы и оборудование должны удовлетворять следующим основным эксплуатационным требованиям:

иметь простую конструкцию;

обеспечивать быструю наладку и ремонт;

быть устойчивыми в работе, должны давать одинаковые показания вне зависимости от количества проведенных опытов;

должны иметь высокую чувствительность;

обеспечивать быструю и простую подготовку к демонстрации опыта;

внешний вид прибора, расположение индикаторов, шкал ручек управления должно соответствовать принципам наглядности, а также эргономическим принципам.

При разработке приборов и установок следует придерживаться также принципа комплектности учебного оборудования (43; 160). Согласно этому принципу составляющие комплект приборы должны быть связаны и согласованы не только между собой, но и с приборами типового оборудования физических кабинетов, которые применяются при изучении данного раздела.

Поэтому все сконструированные нами приборы используются вместе с приборами, имеющимися в физических кабинетах средних школ. Кроме требований методического плана, комплект должен удовлетворять ряду требований практического характера, таких как:

1) приемлемая стоимость;

2) ремонтопригодность;

3) расширяемость. Последнее требование предполагает открытую конструкцию приборов, входящих в комплект. При этом добавление к базовому прибору какого-либо узла, приспособления позволяет расширить количество демонстрируемых опытов, в том числе творческого характера.


2.2. Некоторые пути совершенствования приборов и установок и методики их применения при изучении вопросов электродинамики.


2.2.1. Демонстрационный эксперимент по электростатике.


Изучение электростатики в школьном курсе физики едва ли не самое застарелое с точки зрения техники. В десятом классе уже довольно взрослые учащиеся сталкиваются с техническим анахронизмом. Листочки бумаги, стеклянные и эбонитовые трубочки, шелк, шерсть едва ли не самые основные компоненты при объяснении природы электричества и взаимодействия зарядов. Всё это не вызывает эмоционального интереса у учащихся и снижает в целом интерес к физике.

Нами предложено рассматривать взаимодействия тел ощутимых масс и размеров. В качестве прибора для заряда тел (полых металлических шариков диаметром 20мм) служит серийный прибор «Разряд» с двумя шарообразными борнами - положительным и отрицательным. Если вблизи одного из борнов поместить на проводящей нити, соединённой с тем же борнм, шарик, то он отклонится на некоторый угол. Учащиеся сами подводят итог увиденному. Если же этот шарик переместить к борну с противоположной полярностью, то шарик притянется к борну. Результаты опытов понятны всем учащемся. Если шарик на проводящей нити, присоединённой к одному из борнов, поместить вблизи (1 - 1,5см) от медного тела электрически нейтрального, то электрическое поле заряженного шарика на ближайшей поверхности тела к шарику сконцентрирует заряды противоположные знаку поля. Шарик притянется к телу и сообщит ему часть своих зарядов. Шарик и тело теперь будут иметь заряды одного знака. Под действием электрической силы, силы тяжести и силы упругости шарик оттолкнется от тела. Поскольку заряды шарика непрерывно пополняются установкой «Разряд» под действием кулоновской силы шарик вновь коснётся тела. И вновь оттолкнётся. Процесс будет напоминать затухающие колебания. Когда электрические поля шарика и тела уравняются, шарик будет неподвижен на нити.

Поместим незаряженный шарик на проводящей нити на 1 - 1,5см от ребра диэлектрической призмы. Сообщим шарику заряд, включив установку «Разряд». Шарик притягивается и не отталкивается от призмы. Подавляющее число учащихся объясняют увиденное поляризацией диэлектрика. И отсюда становится понятней структура диэлектриков и расположение диполей.

Теперь если шарик подвесить на непроводящей нити и поместить его между борнами «Разряда», начнётся движение заряженного шарика в неоднородном электрическом поле. Подключив металлические диски к зажимам борнов и установив их параллельно друг к другу на расстоянии 1 - 5см, поместим посередине между дисками шарик, подвешенный на непроводящей нити. Шарик неподвижен. Ученики легко объяснят причину покоя шарика. Стоит слегка вывести шарик из равновесия начнутся незатухающие колебания шарика между дисками с постоянным периодом, зависящим от напряженности поля, заряда шарика, его массы и длинны подвеса. Все процессы, происходящие с шариком, также сами объясняют большинство учащихся.


2.2.2.. Демонстрационный эксперимент: сила Ампера, сила Лоренца.


Установка «Сила Ампера»

Изучение теории магнитного поля, так или иначе, в конечном итоге связано с преобразованием электрической энергии в механическую и наоборот. Учащиеся должны четко осознавать «роль» магнитного поля в подобных преобразованиях энергии. Установка «Сила Ампера» позволяет качественно оценить «влияние» магнитного поля на преобразование электрической энергии в механическую.

Описание: на текстолитовой панели установлены 2 «сильных» полосовых магнита одноименной полярностью навстречу друг другу. Параллельно вертикальным плоскостям магнитов на панели укреплены 2 медные шины, изолированные друг от друга и от магнитов (рис.1)


hello_html_211d9966.png

Рис. 1


Пространство, ограниченное серединами магнитов, можно считать условно однородным магнитным полем одной полярности. В это пространство помещаем на шины медный цилиндрический проводник, а шины подсоединяем к источнику питания постоянного тока. При некотором напряжении источника тока, а значит и токе в проводнике последний начинает катиться по шинам в ту или иную сторону, в зависимости от направления тока в проводнике и полярности магнитов. Причиной движения проводника может быть только сила электромагнитного происхождения – сила Ампера.

Данная установка является элементарным плоским электродвигателем, то есть – преобразователем.

Магнитное поле никак не влияет на количество преобразуемой энергии и, в общем случае, на скорость её преобразования. Количество преобразуемой энергии зависит от баланса между подводимой энергии к преобразователю (к входу электродвигателя) и снимаемой с выхода преобразователя механической энергии.

Если в установке «Сила Ампера» увеличить магнитную индукцию (уменьшить зазор между проводником и горизонтальной верхней гранью магнитов или установить более «сильные магниты») то, при том же токе в проводнике, увеличится сила Ампера

FA = B I ℓ

Мощность, развиваемая силой Ампера, останется неизменной, так как пропорционально увеличению индукции уменьшается скорость движения проводника.

P=FA υ=B I ℓ υ

Данный вывод подтверждается при проведении эксперимента на установке.

Безусловно, изменяя индукцию в магнитном поле электрического двигателя, будет меняться механическая нагрузка на валу двигателя. Но при этом, в той же последовательности, с учетом КПД, будет изменяться потребляемая мощность от источника электропитания.

Таким образом, учащиеся убеждаются в том, что магнитное поле является «катализатором» преобразования энергии, через магнитный поток определяет пропускную способность преобразователя. В тоже время, количество преобразуемой энергии зависит только от баланса подводимой к преобразователю и снимаемой с него энергией.

Вывод:

подтверждено действие магнитного поля на проводник с током;

отрабатывается правило «левой руки». Зная направление движения проводника и направление тока в нём, можно определить направление силовых линий (полярность магнитов);

самое важное, можно показать, что магнитное поле, является непременным участником преобразования энергии (электрической в механическую).








Установка «Сила Лоренца»

Описание: в узкую вертикальную пластмассовую ванночку монтируется медное кольцо диаметром 8-10 см. В центр кольца изолированно от него устанавливается медный электрод. В ванночку заливается насыщенный раствор поваренный соли. Концы электрода подсоединяются к источнику постоянного тока, а к тыльной стенке ванночки подносится один из полюсов «сильного» постоянного магнита или сердечник электромагнита (рис.2)


hello_html_m48599211.png

Рис



В отсутствии магнитного поля наблюдается процесс электролиза. Под действием сил электрического поля положительные и отрицательные ионы движутся в радиальном направлении, одни от электрода к кольцу, другие наоборот. Под действием силы Лоренца анионы и катионы приходят во вращательное движение. При значительном токе электролиза практически вся жидкость в пределах кольца начинает вращаться вокруг электрода, напоминая вращение грампластинки.

На установке наглядно наблюдается действие силы Лоренца. Усилив ток, соответственно увеличится скорость движения ионов и скорость их вращения. Аналогичная ситуация наблюдается с усилением магнитного поля.

Меняя положение электрода в ванночке, можно наблюдать целый спектр движений. Изменение полярности питания или полярности магнита приводит к изменению направления вращения ионов.

Предложенные демонстрационные установки «Сила Ампера» и «Сила Лоренца», по нашему мнению, выполняют не только обучающую, но и развивающую функцию, т.е. содействуют развитию мышления, наблюдательности, творческого воображения учащихся и их способностей.


2.2.3. Совершенствование демонстрационного эксперимента по изучению явления самоиндукция и введение понятия индуктивность.


Изучение переходных процессов в цепях постоянного тока, содержащих индуктивности вызывает у учащихся определенные трудности. Насколько важна проблема для успешного освоения электродинамики, настолько же бедна и примитивна демонстрационная и лабораторная база данного раздела физики. Объяснение формулы закона электромагнитной индукции – ЭДС, как скорость изменения магнитного потока через замкнутый контур – без демонстрационного подтверждения – не убедительно. Определение индуктивности контура, как отношение магнитного потока через контур к току контура, скорее математическая интерпретация понятия, чем физический смысл.

Технические возможности кабинета физики средней школы не позволяют «количественно» наблюдать явление самоиндукции. Поэтому у многих учащихся средней школы, впервые изучающих электродинамику, интерес к физике снижается. Между тем именно этот раздел физики, наряду с переходными процессами в ёмкостных цепях, является фундаментом для последующих курсов электротехники, электроники, электрических машин, радиотехники, элементной базы вычислительной техники и т.д.

С этой целью нами разработан и внедрен в учебный процесс средней школы метод качественного и количественного анализа электромагнитных процессов в цепях постоянного тока, содержащих индуктивность.


Установка по изучению явление самоиндукции и индуктивность


На средний стержень сердечника их электротехнической стали броневого типа помещена катушка из медного изолированного провода. Катушка имеет 5000 витков. Катушка подключается к источнику постоянного тока по схеме (рис.2). Переключатель S – с мгновенной коммутацией контактных пар a-b и k-m. Миллиампер мА – цифровой прибор с памятью последнего значения измеряемой величины. Резистор r = 1Ом – эталонное сопротивление – датчик миллиамперметра. U – регулируемый источник стабилизированного питания. VD – разрядный диод. Выходное напряжение источника для катушки сопротивлением R = 184 Ом составляет

U = 0,92 В. При таком напряжении установившийся ток катушки составит 5мА, как показатели расчёты и результаты экспериментов, индукция в магнитопроводе изменяется линейно в интервале токов (0,1-10) мА. В пределах тока (0,6-10) мА можно утверждать, что катушка находится в ферромагнитной среде с постоянной магнитной проницаемостью. Визуально «наблюдать» явление самоиндукции целесообразно по схеме (рис.3). При напряжение источника U = 9,2 В с помощью миллиамперметра на 50 мА при включении выключателя S можно наблюдать переходный процесс до установившегося тока в течение 5 секунд. При выключении S аналогичный процесс наблюдается при снижении тока через катушку L и диод VD от 50мА до нуля. Для количественного анализа явления самоиндукции по схеме (рис.2) кратковременным нажатием кнопки S катушка индуктивности L подключается через замкнутые контакты a-b к источнику питания, одновременно через контакты k-m подключается вход электронного секундомера. Через 2,5 секунды в катушке будет установившейся ток 5 мА. Контакты S с самовозвратом. Поэтому, как только освободиться кнопка S контакты a-b и k-m мгновенно разомкнутся. При этом табло ЭС и мА сохранят показания на момент их отключения. Таким образом можно зафиксировать момент времени для некоторого значения тока катушки. Для повторной операции необходимо вновь нажать кнопку S. Меняя продолжительность воздействия на кнопку, можно снять семейство точек, то есть зависимость тока I катушки от времени переходного процесса (таблица1, столбцы 2 и 3, рис.IV).

Запишем в дифференциальной форме второй закон Кирхгофа для схемы рисунка II при включении выключателя S.

U = Eс + IR = L hello_html_25cd0146.gif+ IR ≈ L hello_html_25cd0146.gif+ IR (1)

Определим индуктивность из уравнения (1)

hello_html_m392de8cc.gif

(2)


В этой формуле значение ЭДС самоиндукции Ec = U – IR можно подсчитать для U = 0,92В и R = 184ОМ, пользуясь данными столбцов 2 и3 таблицы 1. Результаты расчетов сведены в столбец 4. В столбце 5 таблицы представлены расчетные значения скорости возрастания тока катушки, подсчитанные по формуле

hello_html_m53d4ecad.gif

hello_html_m2816dff1.gif, где In- показания настоящего и предыдущего опыта. Значения индуктивности катушки рассчитывались по формуле


hello_html_67dc363.gif


Результаты расчетов сведены в столбец 6 таблицы.


I, мА

t, с

Ec=U-IR, B

hello_html_m21f5841a.gif, А/с

hello_html_m70f22354.gifГн


1

2

3

4

5

6

1

0

0

9,2

2

0,8

0,12

0,7728

6,666*10ˉ³

127

3

1,3

0,21

0,68

5,555*10ˉ³

130

4

1,8

0,31

0,5888

5*10ˉ³

126

5

2,4

0,46

0,4784

4*10ˉ³

133

6

3,6

0,86

0,2576

3*10ˉ³

122

7

4,2

1,27

0,1472

1,4634*10ˉ³

138

8

4,8

2,22

0,0362

0,6315*10ˉ³

140


Среднее значение индуктивности катушки с сердечником в пределах до 5мА составляет Lср = 130,8Гн. Истинная индуктивность катушки, измеренная промышленными приборами, составляет 127 Гн. при тех же токах. Некоторую неточность измерений можно объяснить тем, что школьный электронный секундомер фиксирует отрезки времени лишь до сотых долей секунды.

Оценить справедливость метода исследований переходных процессов можно следующим образом. Известно, что

Ψ = L(∆I) => hello_html_5666ad63.gif, где n – число витков катушки, ∆Ψ – приращение потокосцепления. Тогда по результатам пунктов 1 и 2 таблицы будем иметь

hello_html_m42cb2f1.gifΨ1 = L1(∆I)1 => hello_html_m175fe8c0.gif = = 0,0000254 Вб

Тогда приращение индукции магнитного поля

hello_html_6ad298c3.gifТл,

где S = 0,04 * 0.05 м² - площадь поперечного сечения среднего стержня по рис. 1

С другой стороны при токе I = 1 мА намагничивающая сила катушки

F = In = 10ˉ³ * 5000 = 5 А

Напряжённость магнитного поля в среднем стержне при длине средней линии Lср = 0,36 м (по рис. 1) составит:


hello_html_53144696.gif= 13,88 А/м


По кривой намагничивания для электротехнической трансформаторной стали индукция составляет В = 0,013 Тл.

Таким образом ∆В1 ≈ В, что подтверждает достаточно объективный характер метода исследований.

Lср = 130,8 Гн


Выводы:

С помощью предлагаемой установки можно визуально наблюдать и количественно оценить явление самоиндукции в переходных процессах.

Индуктивность катушки можно рассматривать как меру инертности замкнутого контура всякому изменению тока в нем, как элемент схемы замещения реальной катушки, влияющих на скорость накопления (уменьшения) энергии магнитного поля и значения этой энергии.

На базе данного эксперимента разработана и внедрена в учебный процесс лабораторная работа – «Явление самоиндукции и индуктивность».


2.2.4. Демонстрационная модель катушки с «разнесёнными» индуктивностью и активным сопротивлением. Фазовые сдвиги в электрической цепи.

Известно, что реальная катушка представляет собой единый конструктивный комплекс двух элементов электрической цепи: активного сопротивления проводников обмотки и индуктивности.

Реактивные элементы - индуктивность и емкость - в отличие от активного сопротивления не преобразуют необратимо электрическую энергию в тепловую, а накапливают её в виде энергии магнитного поля и поля электростатического, а затем при соблюдении определённых условий отдают в виде электрической энергии активным потребителям. Однако лабораторной базы для закрепления теоретического материала в кабинетах физики явно недостаточно. Особенно это касается процессов связанных с явлением самоиндукции.

Явление самоиндукции и всё, что с ней связано, наиболее трудный материал для изучения. (как отмечалось выше). Во многом это из - за того, что не разработаны, а значит отсутствуют в кабинетах физике демонстрационные установки по данному разделу. (имеющееся оборудование рассчитано в основном на фиксацию тех или иных последствий явления самоиндукции).

Естественно, что «разделить» индуктивность и активное сопротивление катушки, как отдельных элементов электрической цепи, невозможно.

На рис.VI представлена схема катушки с ферромагнитным сердечником индуктивность L и сопротивлением R. При включении ключа К катушка подключается к источнику и до момента времени t1 (тока А) происходит плавное увеличение тока до установившегося. В момент времени t2 отключаем ключ К и можно наблюдать плавное уменьшение тока до нуля (момент tз). Диод Д предназначен для преобразования энергии магнитного поля катушки в электрическую, а затем во внутреннюю в самой катушке. Для описанного случая можно записать U=IR+EC=IR+LdI/dt где ЕC - ЭДС самоиндукции; L, R -индуктивность и сопротивление катушки. Теоретически можно запомнить, что ЕC=LdI/dt: , но измерить значение Еc или с помощью приборов «наблюдать» ЭДС самоиндукции невозможно.


Рис.

hello_html_m116692e3.jpg

Отсюда, на наш взгляд, многие проблемы у учащихся в изучении данного раздела и последующих. А теперь представим, что на один каркас намотаны две абсолютно одинаковые катушки (как бифилярные; но не связанные электрически между собой.) Намотка производится одинаковым проводом от двух бабин общим водилом, то есть «виток к витку»,

Катушки получаются индуктивно связаны, но развязаны электрически. (РисVII). Если первую катушку W1через ключ К подключить к источнику питания U то технологически будет повторен опыт по рис.VI. вторая катушка W2 будет находится, в том же магнитном поле, что и первая, что неоспоримо, поэтому в ней согласно закону электромагнитной индукции будит наводится ЭДС индукции Еi=|dФ/dt|.





hello_html_28563bf4.jpg

Рис.



Так как эксперименты проводятся при токах не более 50-70 мА, то индукция в стальном сердечнике будет прямо пропорциональна напряжённости поля. Поэтому можно считать, что L=соnst. Тогда Еi=|dL/dt|=LdI/dt=|Ес|. Иначе, ЭДС вторичной катушки численно равна ЭДС самоиндукции первичной катушки.

Таким образом по рис.VII можно количественно пояснить физический смысл формулы 1 и убедится в том, что напряжение на индуктивности действительно опережает ток как при возрастании, так и убывании его. По схеме рис.VIII можно убедиться в опережении тока через конденсатор напряжения на его обкладках.

hello_html_41c9d6cc.jpg


Рис.



Исследование «поведения» тока через индуктивность и конденсатор проводятся по схеме рис. IХ. В положении «а» переключателя П происходит зарядка конденсатора С, о чём фиксирует стабильное показание вольтметра Vс. Перебросив ключ П в положение «б», начнутся собственные затухающие колебания контура С — Lг • Вольтметр VL. , включенный во вторичную катушку W2 фиксирует напряжение на индуктивности катушки, вольтметр - напряжённости на ёмкости, амперметр А - ток контура. Расчёт параметров колебательного контура был выбран из того, чтобы амплитуды тока и напряжений были максимальны в пределах шкал двусторонних приборов. При индуктивности L=95 Гн при токах до 70 мА и ёмкости С=4000 мкФ волновое сопротивление контура составит Р=L/C=154 Ом.. При нескольких периодах работы контура при таком значении периода колебаний вполне достаточно наглядно убедиться в разности фаз напряжений и токов в реактивных элементах близких к 90° .

hello_html_687301ef.jpg

Рис.





На рис.Х Представлена эквивалентная схема колебательного контура по рис. IX. На рис.Х1. дана схема лабораторного стенда объединяющего разобранные схемы. Путём комбинаций переключателей, а также кнопки К можно провести опыты по всем разобранным ранние схемам, кроме схемы по рис.VIII, так как параметры конденсатора, миллиамперметра, напряжения питания иные. На рис. XII представлены фотографии стендов по рис. XI и VIII

hello_html_687301ef.jpg

Рис.


hello_html_395efaf5.jpg

Рис.




hello_html_m35de4651.jpg

Рис.



Выводы:

Катушка с «разделёнными» активным сопротивлением катушки К и её индуктивностью L, изготовленные и примененные впервые в учебном процессе, помогают учащимся наглядно убедиться в качественном и количественном проявлении индуктивности как элемента электрической схемы.

С помощью простейших опытов с такой катушкой убеждаемся в опережении напряжения на индуктивности над током через неё.

С помощью электролитического конденсатора большой ёмкости (4000 мкФ), индикаторной лампочки и измерительных приборов наглядно убеждаемся в опережении тока через конденсатор напряжения на его зажимах при подключения конденсатора к источнику постоянного тока

Анализ показаний измерительных приборов в колебательном контуре наглядно демонстрирует разность фаз токов и напряжений близких к 90° на реактивных элемента цепи.

Результаты данной работы легли в основу методической разработки лабораторной работы физического практикума «Фазовые сдвиги в реактивных элементах электрической цепи».


2.2.5. Совершенствование лабораторного эксперимента по исследованию характеристик электростатического и магнитных полей.


Переходные процессы в цепях конденсатора и индуктивных катушек, как правило, быстротечны, и поэтому их восприятие и изучение в условиях стандартного школьного оборудования затруднительно для учащихся. Данная разработка предлагает возможное решение этой достаточно актуальной проблемы на основе глубокого исследования электростатического и магнитных полей.


Исследование процессов заряда-разряда конденсатора


В методическом пособии «Физический практикум для классов с углубленным изучением физики» под редакцией Ю. И. Дика и О. Ф. Кабардина рекомендована лабораторная работа «Измерение энергии электрического поля заряженного конденсатора»(179). На наш взгляд, цель этой работы весьма ограничена определением энергии заряженного конденсатора.

Между тем, в такой работе объем исследований может быть гораздо шире, так как обработкой кривой зарядного тока можно определить не только энергию конденсатора, но и заряды и напряжение на его пластинах в любой момент времени. И. как следствие этого экспериментально подтвердить независимость емкости конденсатора от состояния его электрических параметров (зарядов и напряжения на его обкладках).


  1. Первая часть посвящена исследованию процессов заряда-разряда конденсатора , определению заряда и напряжения на его пластинах, энергии электростатического поля в любой момент времени переходного процесса и в конце его. Глубокое знание этих процессов необходимо для успешного изучения всех дальнейших разделов электродинамики. Одной из задач работы, как уже говорилось выше, является экспериментальное подтверждение независимости емкости конденсатора от состояния его электрических параметров, оценка влияния на время переходного процесса значения емкости конденсатора и величины зарядного (разрядного) резистора.

Так как процессы заряда-разряда конденсатора во многих практических электротехнических устройствах быстротечны, то для исследования применены электролитические конденсаторы большой емкости 10000 мкФ и 4700 мкФ и два резистора R1=539 Ом и R2=587 Ом. В этом случае время переходных процессов вполне достаточно для определения исследуемых величин.

Исследование можно проводить как при заряде конденсатора, так и при его разряде. Исследования при заряде конденсатора проводятся следующим образом. Конденсатор неизвестной для учащихся емкости через резистор сопротивлением 539 Ом подключается к источнику постоянного тока напряжением 15-25 В. Электронным миллиамперметром с памятью последнего показания и синхронизированным с ним электронным секундомером снимается зависимость зарядного тока от времени i = f(t). Из баланса напряжений U=Uc+iR1, где U – напряжение источника, i – мгновенные значения зарядного тока, R1 – сопротивление резистора; рассчитывается и строится зависимость мгновенных значений напряжений на обкладках конденсатора по формуле Uc= U - iR1. По кривой зарядного тока i = f(t) определяются мгновенные значения зарядов на обкладках. Значение заряда определяется как hello_html_5a5a356c.gif , где t1 – момент времени, соответствующий заряду q1. Так как зависимость i(t) получена опытным путем, то искомый заряд, накопленный на пластинах к моменту времени t1, численно равен площади, ограниченной кривой i(t), осью абсцисс и моментом времени t1. По зависимости Uc=f(t) для t1 определяется напряжение на обкладках – U1. По отношению hello_html_m7e4ae9d1.gif подсчитывается емкость конденсатора. Аналогичным образом определяются заряды и напряжения на обкладках для моментов времени t2, t3. По полученным данным проверяются соотношения hello_html_m7e4ae9d1.gif,hello_html_bc1c73e.gif,hello_html_4738adb4.gif. Если выполняется равенство hello_html_m7e4ae9d1.gif=hello_html_bc1c73e.gif=hello_html_4738adb4.gif, то убеждаемся в независимости емкости конденсатора от состояния его электрических параметров (заряда и напряжения на его обкладках).

Для определения энергии конденсатора производим перемножение эпюр i(t) и Uc(t). Площадь, ограниченная этой кривой и осью абсцисс, численно равна энергии конденсатора Wс, накопленной им к концу заряда, то есть энергии электростатического поля конденсатора. По этой же кривой можно определить энергию конденсатора для любого момента времени. В этом случае энергия определяется площадью под кривой, ограниченной данным моментом времени. Для определения энергии, выделенной в резисторе R1, необходимо найти площадь под кривой квадратичного зарядного тока и умножить ее на R1. Энергия, выделенная источником за время переходного процесса, определяется как W=UQ. По закону сохранения энергии должно выполняться равенство UQ= Wс+ I2R1t, где Wс – энергия полностью заряженного конденсатора, а I2R1t – энергия, преобразованная в тепловую в резисторе.

Подобные результаты можно получить при разряде предварительно заряженного конденсатора на резистор R2. Более точные результаты получаются по режиму разряда, так как в этом случае на проведение опытов не влияют нестабильность напряжения источника питания и его внутреннее сопротивление.

Некоторым недостатком описанных опытов является необходимость иметь электронный цифровой миллиамперметр с дистанционным управлением памятью последнего показания. Поэтому наиболее предпочтительной схемой испытания является схема с мультиметром в режиме вольтметра, включенного непосредственно к обкладкам конденсатора по рисунку I.

К источнику постоянного тока с напряжением U через резистор r=10 Ом и переключатель П происходит быстрая зарядка конденсатора. Манипулируя переключателем П из нейтрального положения в положение «разряд», можно снять зависимость напряжения на конденсаторе в любой момент времени. При разомкнутых клеймах а и в значение разрядного резистора составляет R1+R2, при замкнутых клеймах - R1. Этим самым можно определить влияние на время переходного процесса значения емкости конденсатора и значения разрядного сопротивления.

Таблица 1

t, c

t1

t2

t3

1

Uc, В

Uc1

Uc2

Uc3

2

Iр, А

Iр1

Iр2

Iр3

3


В таблице 1 приведена зависимость напряжения на обкладках конденсатора функции времени, снятая по показаниям вольтметра и секундомера. Определим разрядный ток по формуле Iр= Uc/ R1, где Iр – мгновенные значения разрядного тока, Uc – соответственно мгновенные значения напряжений на обкладках конденсатора. По данным строк 1-2 и1-3 построим зависимость мгновенных значений напряжений и кривую разрядного тока (рис. IIа и IIб). Определив площади S1, S2, S3 под кривой I(t) для моментов времени t1=3с; t2=7,75с; t3=23,6с найдем заряды q1=0,405Кл, q2=0,217Кл, q3=0,0281Кл к данным моментам времени. По кривой Uc(t) определим напряжение для этих моментов времени: Uc1=27,5 В, Uc2=14,8 В, Uc3=1,9 В. В результате убеждаемся, что hello_html_m1ef260e3.gifhello_html_m7f21705f.gifhello_html_6ffc412e.gif=const в независимости емкости от состояния электрических параметров конденсатора. Для определения энергии конденсатора производим перемножение эпюр i(t) и Uc(t). Площадь, ограниченная этой кривой и осью абсцисс, численно равна энергии конденсатора Wс. В этом опыте, естественно, энергия, выделенная к концу переходного процесса в разрядном резисторе, равна энергии конденсатора к началу переходного процесса. Результаты расчетов приведены в таблице 2 и на графиках IIIа, IIIб, IIIв.

Таблица 2

t,с

0

0,54

1,73

3

5,19

7,75

10,89

13,51

16,22

19,14

23,58

29,17

U,В

41

38,2

32,4

27,5

20,7

14,8

9,9

7,2

5

3,5

1,9

0,9

I,А

0,076

0,07

0,06

0,051

0,038

0,027

0,018

0,013

0,009

0,0065

0,0035

0,0016

P,Вт

3,119

2,71

1,95

1,403

0,795

0,406

0,182

0,096

0,046

0,0227

0,0067

0,0015


Таким образом, в течение длительного времени можно визуально наблюдать переходный процесс при заряде-разряде конденсатора и с помощью измерительных приборов определить заряды и напряжения на обкладках, а также энергию конденсатора в течение всего переходного процесса.

Последний вариант исследований положен в основу предлагаемой нами лабораторной работы «Заряд – разряд конденсатора», для проведения которой можно использовать обычный вольтметр постоянного тока электромагнитной системы с большим внутренним сопротивлением. Ток, потребляемый вольтметром при измеряемом напряжении 40В, не превышает 4 мкА, что никак не влияет на точность экспериментов. Фотография установки для лабораторной работы приведена на рис. IV.





hello_html_48f5d280.png








Рис.1









hello_html_m4381c513.png









Рис.1








hello_html_8fa03a.jpg







Исследование переходных процессов в катушке индуктивности при подключении ее к источнику постоянного тока и при ее отключении


Вопросы исследования ЭДС самоиндукции катушки, её индуктивности в зависимости от среды в методической литературе по школьному демонстрационному и лабораторному эксперименту не освещаются. Между тем, знания переходных процессов в цепи конденсатора и катушки индуктивности крайне необходимы для изучения дальнейших разделов электродинамики: теории цепей переменного тока, принципа работы трансформатора, электрических машин.

Во второй части работы рассматриваются переходные процессы в катушке индуктивности при подключении ее к источнику постоянного тока и при ее отключении от источника с преобразованием накопленной энергии магнитного поля во внутреннюю энергию активного сопротивления катушки. В процессе проведения экспериментов определяются мгновенные значения токов катушки, ЭДС самоиндукции, индуктивность катушки в зависимости от намагничивающего тока (напряженности магнитного поля), а также мгновенные значения энергии магнитного поля.

Эксперименты можно проводить различными методами подключения и отключения катушки от источника. Нами разработана, на наш взгляд, наиболее рациональная схема исследования (рис.V). Для проведения эксперимента используются две стандартные дроссельные катушки, установленные на разборный ферромагнитный сердечник универсального трансформатора из школьного набора кабинета физики. Основные и измерительные обмотки двух катушек соединены последовательно и согласно (рис.VI). В дальнейшем в схеме установки рабочие и измерительные обмотки обозначены как совместные, рабочая обмотка РО содержит 7200 витков, измерительная обмотка ИО – 80 витков; общее сопротивление 88 Ом. В качестве измерительного прибора используется электронный цифровой милливольтметр с памятью последнего показания, подключаемый к выводам измерительной катушки. Так как измерительная и основная катушки находятся в одном и том же магнитном поле, то есть с одним и тем же магнитным потоком, то показания милливольтметра, умноженные на коэффициент трансформации, численно равны ЭДС самоиндукции основной катушки. Объясняется это следующим образом: модуль ЭДС индукции измерительной катушки (εи) равен εи=hello_html_m4da750be.gif*n2 (1), где n2 – число витков измерительной катушки. ЭДС самоиндукции основной катушки: εc=L*hello_html_71e34b70.gif *n1 (2), где L – индуктивность витка, а n1 – число ее витков. Проведем преобразования выражений εи=hello_html_m4da750be.gif*n2 = hello_html_m6b315c43.gif* n2 = L*hello_html_71e34b70.gif* n2; из анализа приведенных соотношений следует: εc= εи*hello_html_39473891.gif. Таким образом, с помощью указанного вольтметра можно снять характеристики и построить зависимость мгновенных значений ЭДС самоиндукции от времени. Используя баланс напряжений, можно построить зависимость мгновенных значений токов катушки как по накоплению энергии, так и по ее преобразованию в тепловую в сопротивлении катушки.

Рассмотрим метод проведения эксперимента (рис.V): Кп1 – кнопочный пост с двумя парами нормально разомкнутых контактов; Кп2 – кнопочный пост с одной парой нормально разомкнутых контактов и одной парой нормально замкнутых контактов, причем замыкание разомкнутых и размыкания замкнутых контактов при нажатии кнопки происходит одновременно. Rб - балластное сопротивление=100 Ом.

ЭМВ – электронный цифровой милливольтметр с дистанционным управлением памятью последнего показания. Вход ЭМВ присоединен к клеммам измерительной обмотки индуктивной катушки. Выключателем В рабочая обмотка индуктивной катушки через балластный резистор Rб подключается к источнику питания постоянного тока, к клеммам «+» и «-». При этом кнопки Кп1 и Кп2 – отжаты. Регулятором напряжения источника питания устанавливается некоторое напряжение на катушке. При нажатии кнопки Кп1 рабочая обмотка закорачивается накоротко, при этом включаются электронный секундомер и милливольтметр.

В цепи рабочей обмотки РО происходит снижение тока согласно явлению самоиндукции, при этом накопленная энергия магнитного поля преобразовывается в конечном итоге в тепловую в активном сопротивлении рабочей обмотки. Одновременно ЭМВ фиксирует мгновенные значения ЭДС самоиндукции рабочей обмотки, в 90 раз меньшее.

Эквивалентная схема переходного процесса приведена на рисунке VII. Здесь ic – ток самоиндукции, I – ток через балластное сопротивление непосредственно от источника. Его значение скачком увеличивается от тока установившегося режима рабочей обмотки до значения U/ Rб, где U – напряжение источника питания. Если во время переходного процесса (при нажатой кнопке Кп1) нажать кнопку Кп2, то блок дистанционного управления памятью ЭМВ через контакты кнопочного поста зафиксирует значения ЭДС самоиндукции на табло. Одновременно размыканием входной цепи электронного секундомера последний покажет время, соответствующее мгновенному значению ЭДС самоиндукции. Сбросив обе кнопки, рабочая обмотка РО окажется вновь подключенной к источнику последовательно с балластным сопротивлением Rб. Через некоторый промежуток времени ток рабочей обмотки будет вновь установившимся.

Можно снова повторить опыт нажатием кнопок Кп1, а через другой интервал времени – Кп2. В этом случае милливольтметр и секундомер будут иметь иные показания. Серией подобных опытов от максимального значения ЭДС самоиндукции до минимального (близкого к нулю) можно снять и построить зависимость мгновенных значений ЭДС самоиндукции катушки от времени, причем каждое показание милливольтметра нужно умножить на 90.

По формуле ic=hello_html_5b15244a.gifнаходим и строим зависимость мгновенных значений тока самоиндукции в функции времени. Здесь R=88 Ом – активное сопротивление индуктивных катушек. Перемножением ординат i(t) и εс (t), можно определить и построить зависимость мгновенных значений мощности на активном сопротивлении катушки. Площадь, ограниченная этой зависимостью и координатными осями, численно равна внутренней энергии, выделенной в сопротивлении рабочей обмотки катушки, а значит и энергии магнитного поля этой катушки к началу переходного процесса, то есть той энергии, которой обладало магнитное поле в момент установившегося тока в ней.

В трех различных точках, соответствующих моментам времени t1=0,41с, t2=0,7с, t3=1,24с на кривой iс(t) проводим касательные, тангенс угла между касательной и осью абсцисс с учетом масштаба осей координат численно равен скорости изменения тока, то есть di/dt: tg1=0,009A/c, tg2=0,0057A/c, tg3=0,0036A/c. Для этих же моментов времени по кривой εc(t) определяем соответствующие значения ЭДС самоиндукции и по формуле L=hello_html_e9d349e.gif вычисляем значения индуктивности катушки при различных токах намагничивания (напряженности магнитного поля в сердечнике): L1=110Гн, L2=140Гн, L3=158,3Гн.

Полученные значения индуктивности сопоставим с расчетными значениями, которые можно определить следующим образом: для каждого тока катушки i определим намагничивающий ток I=i*n, где n=7200 – число витков рабочей обмотки катушки. Напряженность магнитного поля сердечника H= i*n/l, где l – длина средней магнитной линии замкнутого сердечника. По кривым намагничивания электротехнической стали, из которой изготовлен сердечник, определяем в нем индукцию В; магнитный поток Ф в сердечнике находим по формуле Ф=В*S, где S – площадь его поперечного сечения. Тогда индуктивность одного витка катушки по определению L0=Ф/i, а индуктивность катушки будет равняться L=n*L0=hello_html_597fb84d.gif. Размерность всех физических величин выражается в единицах системы СИ.

Результаты расчетов переходного процесса в катушке индуктивности приведены в таблице 3 и представлены на графиках VIIIа, VIIIб, VIIIв. Фотография установки для лабораторной работы приведена на рисунке IX



Таблица 3


t,с

0

0,15

0,41

0,7

0,9

1,24

1,44

2,9

3,67

7,75

ε,В

1,5

1,287

0,99

0,8

0,7

0,57

0,5

0,24

0,17

0

I,А

0,017

0,014

0,011

0,0092

0,008

0,0065

0,0063

0,0027

0,0019

0

P,Вт

0,025

0,018

0,011

0,0074

0,0057

0,0037

0,0035

0,0006

0,0003

0


По итогам предложенной работы можно сформулировать следующие выводы:

  1. В ходе исследования предлагается ряд усовершенствований, как в виде улучшений, так и принципиально нового подхода.

  2. В результате эксперимента при разряде конденсатора на резистор были получены зависимости напряжения на обкладках конденсатора и разрядного тока от времени.

  3. По площади, ограниченной кривой разрядного тока и координатными осями, определен начальный заряд конденсатора. По зависимости мгновенной мощности, отдаваемой конденсатором разрядному резистору, определена энергия заряженного конденсатора.

  4. По полученным данным определена электроемкость конденсатора.

  5. Экспериментально подтверждена независимость емкости конденсатора от состояния его электрических параметров – напряжения и заряда на его обкладках.

  6. Исследуя переходный процесс в катушке индуктивности, косвенным методом была снята зависимость мгновенных значений ЭДС самоиндукции за все время переходного процесса.

  7. По полученной зависимости из баланса напряжений на участке «источник – катушка – балластный резистор» рассчитана и построена зависимость мгновенных значений тока самоиндукции.

  8. В результате обработки указанных зависимостей рассчитаны значения индуктивности катушки. Анализ расчетов показывает, что с увеличением намагничивающего тока катушки индуктивность катушки уменьшается. При очень малых токах (в начале кривой намагничивания) индуктивность катушки постоянна и многократно больше индуктивности катушки без сердечника.

  9. Перемножением эпюр εc(t) и iс(t) построена зависимость мгновенной мощности P(t) преобразования энергии магнитного поля во внутреннюю в сопротивлении самой катушки. Энергия магнитного поля до начала переходного процесса определяется как площадь, ограниченная кривой P(t) и координатными осями.

  10. Результаты экспериментов близки к расчетным.

  11. После осуществления ряда исследований по приведенным в работе методикам была разработана принципиально новая схема испытаний, которая полностью лишена рассмотренных недостатков и способствует доступности изучения и визуального восприятия.

По результатам исследований и экспериментов в учебный процесс внедряются две работы физического практикума по обозначенной тематике: «Заряд-разряд конденсатора» и «Катушка индуктивности в цепи постоянного тока», которые были рассмотрены и одобрены на заседании методического объединения учителей физики города Ангарска, Иркутской области.


hello_html_67bb0485.gif













hello_html_3698695.gif







hello_html_m2f6a2361.gif

















hello_html_m4263736e.jpg
















2. 3. Некоторые вопросы методики использования учебного демонстрационного эксперимента при обучении школьников электродинамике


Глубокое уяснение учащимися большинства изучаемых в школьном курсе вопросов невозможно без постановки демонстрационных опытов. Признавая важность демонстрационного эксперимента, следует отметить и то, что он должен выполнять не только обучающую, но и развивающую функцию, т.е. способствовать активизации мышления, наблюдательности, творческого воображения учащихся. Несомненно, грамотно собранная установка и безупречно проведенный опыт вызовет интерес учащихся, но если они не участвуют в обсуждении и объяснении результатов опыта, то эффект от показанной демонстрации будет минимальным. За последние десятилетия рядом ученых-методистов намечены определенные подходы к использованию физического эксперимента в учебном процессе.

Так, А. В. Усовой, А. А. Бобровым разработаны обобщенные планы деятельности учащихся при выполнении лабораторных работ, В. Г. Разумовским - концепция развития творческих способностей учащихся в ходе их конструкторской деятельности, Л. И. Анциферовым - концепция системности и оптимизации школьного физического эксперимента, Т. Н. Шамало исследована роль и место демонстрационного эксперимента в системе развивающего обучения, Р. И. Малафеевым разработаны некоторые вопросы оптимизации проблемного обучения при демонстрации физических опытов. Вместе с тем понятие «методика и техника школьного физического эксперимента» остается еще недостаточно конкретизированным. Анализ деятельности учителей показывает, что они в подавляющем большинстве используют демонстрационные опыты как средство иллюстрации теоретических положений, высказанных в ходе изложения нового материала. Роль их при этом заметно обедняется. Как же повысить развивающий эффект демонстраций? Методы и приемы практического применения демонстрационного эксперимента (в сочетании с другими методами обучения), позволяющие успешно решать конкретные учебно-воспитательные задачи, могут быть самыми разнообразными. Главная цель - активизировать познавательную активность школьников, привлекая их к осмысливанию показываемых опытов, к поиску решений поставленных учителем проблем.


2.3.1. Демонстрационный эксперимент в проблемном обучении


Существует много способов вовлечения учащихся в активную работу, способствующую лучшему пониманию демонстрируемого явления. Так Р.И. Малафеев и Ю.А. Гирик в работе «Способы активизации учащихся при выполнении демонстрационных опытов по физике» (129) отмечают, по крайней мере, пять способов активизации учебной познавательной деятельности учащихся (из которых лишь два позволяют создавать проблемную ситуацию).

Проанализируем первые три способа. Первый, "низший уровень", соответствует тем демонстрациям, которые являются "иллюстрацией к объяснению преподавателя". Учащиеся - наблюдатели, в обсуждении эксперимента участия не принимают. Иллюстративные опыты несомненно нужны, без них не обойтись когда: а) вводятся новые понятия; б) учащиеся не имеют достаточной «базы» для того, чтобы принять активное участие в обсуждении эксперимента и получаемых из него результатов; в) учитель резко ограничен во времени (так как этот способ требует наименьших временных затрат). Тем не менее, практика показывает, что и при демонстрации таких опытов можно добиться активного внимания учеников. В этом случае успех опыта напрямую зависит от квалификации учителя, как лектора и как демонстратора. Например, при демонстрации линейчатого спектра, когда учитель получает на экране узкую невыразительную радужную полоску - эффект восприятия опыта будет минимальный. Другое дело, когда используется усовершенствованная установка М. Я. Амстиславского (3), с помощью которой демонстрируется линейчатый спектр почти метровой ширины. Учащиеся будут не просто пассивными наблюдателями, а эмоционально активными наблюдателями, готовыми сразу включиться в творческую работу, если учитель предложит им подумать над какой-либо проблемой, связанной так или иначе с показанной демонстрацией. Таким образом, техника экспериментирования при использовании подобных опытов выступает на первый план.

Второй способ соответствует тем демонстрациям, когда учитель выполняет опыт, а учащиеся либо делают выводы из него, либо объясняют полученный результат. Авторы справедливо полагают, что этот способ активизации можно рекомендовать в большинстве случаев.

Учащихся следует заранее предупредить о том, что по окончании опыта они должны самостоятельно сделать выводы или объяснить результаты опыта. Эту работу школьников следует стимулировать выставлением оценки при правильном объяснении соответствующего опыта. Как правило, ученики охотно включаются в обсуждение проводимых опытов, если изучается новая закономерность. Например, рассматривается зависимость давления в жидкости и газе от скорости их течения (56, опыт 46). Через трубку переменного сечения пропускают воду и наблюдают за уровнем жидкости в манометрических трубках. На основании наблюдений учащиеся делают вывод о зависимости статического давления жидкости от скорости ее течения. Задача «объяснить результат опыта» ставится перед учащимися в тех случаях, когда явления и закономерности, на основе которых строится объяснение, ими уже изучены.

Например, после вывода основного уравнения МКТ, учащимся можно предложить объяснить результат следующего опыта, поставленного нами в демонстрационном варианте. В баллон, к которому присоединен микроманометр (рис. 41), через нижнее отверстие впрыскивают пипеткой несколько 154 капель ацетона. Закрывают отверстие пробкой и наблюдают повышение давления в баллоне. После демонстрации этого опыта показывают повышение давления при нагревании сосуда теплом рук.

Как правило, такой способ активизации учащихся применяется учителем при объяснении и закреплении нового материала (первичное повторение).

Мы считаем, что возможности данного метода позволяют использовать его при организации и тематического повторения.

Для этого готовится серия базовых опытов по какой-нибудь теме, так чтобы соблюдалась логическая последовательность развития повторяемого материала. Блок демонстрационных опытов не обязательно должен состоять из новых опытов, в него можно включать и опыты, ранее показанные на уроках объяснения материала. Многократная «прокрутка» базовых демонстрационных опытов развивает долговременную память учащихся. Исследования психологов доказали, что для перехода сведений из оперативной памяти в долговременную требуется от трех до семи «кругов информации»..

С целью повышения эффективности работы мы систематизировали опыты по тематическим «блокам». Например, подобрали опыты по теме: «Электростатика», «Постоянный ток», «Электромагнетизм». В них входят как традиционные классические опыты, так и опыты, показывающие применение явлений. Число таких наиболее важных опытов по теме может достигать восьми - десяти.

По вопросу о количестве демонстрационных опытов высказываются, например, такие соображения, что на одном уроке не следует показывать больше двух-трех демонстрационных опытов (235; С. 18). Наша позиция: все дело в том, как построен урок. В частности, если урок построен целиком и полностью на основе демонстрационного эксперимента, то, как показывает практика, получается хороший результат. Главное, чтобы на основе демонстрируемых опытов просматривалась логика развития изучаемых (или повторяемых) вопросов. Активность учащихся достигается качеством подготовленных опытов и способностью учителя так вести урок, чтобы внимание учащихся концентрировалось на главном. Заранее к каждому опыту следует подготовить вопросы для учащихся.

Более высокий, третий способ активизации познавательной деятельности учащихся - предсказание результатов эксперимента. В этом случае учащиеся включаются в работу (возможно и в дискуссию) еще до проведения опыта. Если их предсказание не согласуется с результатом опыта, может возникнуть проблемная ситуация. Она определяется как состояние интеллектуального затруднения, решение которого требует от учеников умения логически мыслить, проявлять интуицию. Таким образом, проблемный опыт в данном случае - это опыт, который обнаруживает несоответствие между тем, что в нем представлено и тем, что известно ученику.

Проблемные опыты несут новую информацию, в них всегда присутствует эффект неожиданности, новизны. В этом их методическая ценность.

Однако учащиеся для разрешения поставленной проблемы должны опираться на имеющиеся у них знания, которых еще недостаточно для объяснения результатов опыта. Поэтому проблемный опыт обычно основывается на опытах, уже известных учащимся. Такие базовые опыты подводят учеников к пониманию поставленной проблемы.

В проблемном обучении учащиеся не пассивные наблюдатели, а активные исследователи, которые не только выдвигают гипотезы, но и предлагают пути для их решения. Следовательно, проблемное обучение - это особый способ организации деятельности учащихся, в ходе которой они участвуют в поисках решения выдвигаемых перед ними проблем.

Между тем анализ методической литературы по учебному физическому эксперименту показывает, что предлагаемые опыты, как правило, ориентируют учителя на демонстрацию иллюстративных опытов, где все «предрешено» и где нет места для активной работы учащихся.

Однако в 60-е - 70-е годы проблемное обучение начинает внедряться в учебный процесс, постепенно укрепляя свои позиции. Значительный вклад в разработку проблемных методов обучения внесли М. И. Махмутов, В. А. Усова, В. Г. Разумовский, Р. И. Малафеев, М. М. Терентьев и др. Среди них отметим книгу Р. И. Малафеева «Проблемное обучение физике в средней школе» (128), в которой автор показал способы создания проблемных ситуаций при изучении явлений, законов и теорий, процессы решения учебных проблем, охватывая при этом все виды учебной деятельности (объяснение нового материала, повторение, решение задач, выполнение домашних задач). Он выделяет три основные группы проблем:

1. главные учебные проблемы (определяющие общий характер проблемного изучения каждого раздела курса физики);

2. частные учебные проблемы (обеспечивающие последовательное решение главных учебных проблем);

3. проблемные упражнения (конкретные творческие задачи и задания разных видов, в том числе и физико-технического характера).

Все группы учебных проблем объединены в единую целостную систему и направлены на последовательное развитие центральной методической идеи данного раздела.

Названные проблемы являются основой организации развивающего обучения. Но конкретные пути реализации общих идей проблемного обучения могут быть различными. По мнению автора, «проблемное обучение, как показал многолетний эксперимент, может привести к серьезным положительным результатам в развитии учащихся только в том случае, если его применяют систематически и оно охватывает основные виды учебной деятельности» (128, С. 126). Показывая методику организации проблемного обучения с общих позиций, многие авторы уделяют недостаточное внимание роли и месту демонстрационного эксперимента в таком методе обучения. Между тем, какие бы способы выдвижения проблем не использовались, везде присутствует в той или иной мере демонстрационный эксперимент. Без его «участия» в значительной мере теряет смысл вся идея о развивающем обучении физике.

Примерная схема, по которой организуется проблемное обучение, состоит из логических связей «факт - проблема - гипотеза - эксперимент - результат - вывод».

Первый и важный этап - это создание проблемной ситуации. Предпосылки к этому могут быть разные, они возникают при теоретическом анализе вопроса (например, при объяснении нового материала), при решении различного типа задач (экспериментальных, конструкторских, изобретательских), при постановке всех видов эксперимента. Если решается какая-нибудь экспериментальная задача или ставится демонстрационный эксперимент, то они выполняют главную роль в постановке и решении проблемы.

При этом проблемные опыты несут на себе значительную дидактическую нагрузку, выступая одновременно источником знания и методом обучения.

Например, на этапе анализа выдвинутых учащимися гипотез, демонстрационный опыт (или серия опытов) выполняет обучающую функцию. Результат каждого такого опыта приводит к переосмысливанию предложенных гипотез, следствием чего является то или иное действие: продолжение поиска решения проблемы или его прекращение. Не всегда продолжение поиска приводит к сужению зоны поиска. Вариантов может быть много. Может быть и так, что показанный опыт не подтверждает ни одну из предложенных гипотез. В этом случае поиск продолжается и требуется искать новый подход к поставленной проблеме. Таким образом, на этапе решения проблемы, демонстрационные опыты направляют мыслительный процесс, стимулируя учащихся к поиску ее решения, развивая навыки исследовательской работы.

Практика показывает, что те учащиеся, которые обладают способностью схватывать и удерживать целостность элементов исследовательской работы, добиваются больших успехов в таком виде деятельности. Их поисковая активность на уроках является самой высокой, эти ребята участвуют в поиске постоянно, не «фрагментарно». Конечно, теоретические знания, как наиболее обобщенные, применяются также при решении проблем, поставленных экспериментальным способом. Однако на этапе установления факта существования изучаемого физического явления или закона убедительно доказать этот факт можно только при опоре на учебные эксперименты. Если проблема ставится теоретическим способом, например, при проблемном изучении физических теорий, то и здесь, на каком- либо этапе ее решения, используется демонстрационный опыт (или несколько). Так, при проблемном изложении квантовой природы света не обойтись без учебных демонстраций по явлению фотоэффекта. Эти эксперименты являются опорами, ориентирами при абстрактного материала. И, наконец, при полном теоретическом решении проблемы экспериментальная проверка выводов придает им научность и достоверность.

Мы считаем, что при отборе и демонстрации проблемных опытов необходимо руководствоваться следующими правилами:

1. Провести тщательный анализ учебного материала с точки зрения его содержания, логической структуры, психологии восприятия, методов работы, выделив из него наиболее трудные вопросы, которые могут быть проблемными для учащихся.

2. Для каждого такого вопроса, будь то физическое явление или закон, подобрать (разработать) опорный проблемный опыт (или серию опытов); содержание опыта должно быть построено на явлениях и закономерностях, знакомых учащимся, но без подсказывающих моментов. Проблема должна быть на первый взгляд решаемой и лежать в зоне ближайшего развития учащихся. У них должен быть шанс самостоятельно найти новый способ решения проблемы. Задача-проблема должна давать возможность выявить главную особенность явления, которая послужит раскрытию нового способа и нового понятия.

3. Демонстрации проблемного опыта во многих случаях должен предшествовать другой опыт, результат которого легко объясняют учащиеся. Затем необходимо показать проблемный опыт, который часто вызывает у учащихся удивление, поражает своей неожиданностью, так как наблюдаемое явление не согласуется со сложившимися у них представлениями.

4. Необходимо не только возбуждать интерес школьников к проблеме, но и закрепить его. Для этого следует подобрать опыты, демонстрируемые после решения основной (исходной) проблемы, результаты которых они должны предсказать самостоятельно. Это могут быть прикладные опыты, например, политехнического характера. Таким образом, достигается нужная глубина усвоения физического явления, закона и дальнейшее развитие логического и творческого мышления учащихся.

Все разработанные нами демонстрационные и лабораторные эксперименты являются проблемными.

Рассмотрим пример по электростатике, по наблюдению физического явления - поляризации диэлектриков (частная учебная проблема).

Перед теоретическим объяснением мы ставили эффектный опыт, демонстрирующий это явление (описание опыта предложено выше).

Проблема. Почему впервой части опыта шарик совершает колебательные движения, а во втором опыте шарик «прилипает» к поверхности диэлектрической призмы? Цель. Подвести учащихся к пониманию того, что заряды в диэлектрике не могут перемещаться, т.е. они связанные.

Таким образом, центральная проблема при изучении явления поляризации поставлена на этапе выяснения физической сути явления. Способ ее постановки - демонстрация проблемного опыта; форма организации деятельности учащихся - поисковая беседа. Далее следует теоретическое рассмотрение данного явления. В конце рассказа, в целях закрепления полученных знаний, учащимся предлагается предсказать результаты новых опытов.

Например, видоизменяем постановку первого опыта: кладем пластину из сухой фанеры. Как будет вести себя металлический шарик при включенной установке «Разряд»? Проницательные ученики догадываются, что шарик притянется к фанере и «прилипнет», но теоретическое объяснение порождает дискуссию, т.к. высказываются и противоречивые предположения.

Формулируем проблему: почему проводник, помещенный в электрическое поле, притягивает, а затем отталкивает подвешенный вблизи него пробный заряженный шарик, а диэлектрик только притягивает его. Этот вопрос дает материал для активной работы мысли учащихся.

Мы показали (на примерах) как применяется при изучении учебного материала второй уровень проблемности, когда преподаватель преднамеренно создает проблемную ситуацию и организует поиск с учащимися путей решения проблемы. При этом активность школьников заметно повышается. Первый же уровень проблемности связан с работой только преподавателя: сам ставит проблему и сам решает ее.

Более высокий уровень проблемности наблюдается тогда, когда учащиеся самостоятельно ищут решение поставленной проблемы путем выдвижения гипотез. В этом случае преподаватель ставит перед учащимися целую систему познавательных задач.

Опытное изучение явления (закона) может быть организовано на основе демонстрационного эксперимента. Расскажем, как организуется нами проблемное обучение в этом случае, на примере изучения явления электромагнитной индукции.

Цель урока - объяснить сущность явления электромагнитной индукции: появление индукционного тока при всяком изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур (главная проблема).

Цель учителя - пробудить интерес у учащихся, поставить их в роль первооткрывателей явления ЭМИ. Метод работы - анализ демонстрационных опытов.

Материал для повторения: опыт Эрстеда, понятия «магнитный поток», «индукция магнитного поля», «ЭДС».

Итак, разработав технологическую карту подготовки к уроку, учитель переходят к ее осуществлению. Вначале дает краткую историческую справку: биографические данные М. Фарадея, формулирует проблему, которая владела им в течение десяти лет («превратить магнетизм в электричество»).

Дальнейшее изложение разбивается на ряд фрагментов, жестко логически связанных друг с другом, причем так, чтобы каждый фрагмент материала был законченным и содержал микропроблему, путь решения и микровывод.

Вначале заинтриговываем учащихся, задавая каверзный вопрос: «Можно ли получить электрический ток в цепи с катушкой, если в ней нет источника тока?» Рисуют на доске условные обозначения источника тока, катушки и гальванометра. Задаем вопрос: «Что надо сделать, чтобы получить электрический ток?» Ответ учеников - соединить все элементы в электрическую цепь. Следующий вопрос: «Будет ли ток, если убрать источник тока?». Ответ: «конечно, тока не будет».

Затем учитель демонстрирует серию опытов, каждый из которых ставит проблему, разрешение которой побуждает учащихся активно участвовать в беседе или дискуссии.

Первая серия опытов. Перемещаем сначала вверх, затем вниз постоянный магнит внутри катушки Фарадея. При этом несколько раз останавливаем движение магнита при различных положениях относительно катушки.

Повторяем опыт, заменив постоянный магнит электромагнитом. И, наконец, выполняем те же опыты, только теперь магнит (электромагнит) остается неподвижным, а перемещается замкнутая на гальванометр катушка.

После обсуждения этой серии опытов учащиеся делают вывод: при относительном движении магнита (электромагнита) возникает электрический индукционный ток.

Вторая серия опытов. Учитель замыкает и размыкает цепь электромагнита ключом К . Гальванометр регистрирует всплеск тока. Но движения электромагнита нет! Вопрос классу: «Ваши предположения на этот счет?». Ученики догадываются, что причиной появления индукционного тока является изменение магнитного поля (конкретно - изменение вектора В).

Чтобы проверить полученное обобщающее утверждение, предлагаем предсказать результат опыта: что будет, если ползунок реостата в цепи электромагнита будем передвигать вправо-влево? Таким образом, получаем вывод: «Индукционный ток возникает при изменении индукции В магнитного поля, пронизывающего замкнутый контур».

Проблемный вопрос: «А в постоянном магнитном поле нельзя получить индукционный ток?». Ответ: вроде бы нельзя. Учитель показывает опыт, поворачивая катушку, соединенную с гальванометром, в поле постоянного дугообразного магнита. Гальванометр регистрирует появление тока.

Итак, имеется три противоречивых вывода, которые необходимо свести к единому общему выводу. Можно отметить, что с такой задачей столкнулся Фарадей во время «случайного» открытия явления ЭМИ (от открытия явления до понимания сущности наблюдаемого явления у него ушло в общей сложности около месяца).

Далее учитель организует дискуссию ребят, направленную на поиск общего вывода. При таком построении урока учитель не выдает информацию за 10 минут, не дав пищу для ума, а проводит вместе с учениками организованный поиск. И только убедившись, что ученики разобрались в сути явления ЭМИ, учитель переходит к математическому описанию закона. Для этого вводится понятие ЭДС индукции - более общее, чем понятие об индукционном токе.

В качестве закрепления изученного материала предлагаются задания на предсказания результатов проделанных опытов; например, таких как деформация прямоугольной катушки в поле магнита, извлечение железного сердечника из внутренней катушки Фарадея и т. п. После правильного предсказания результатов всех опытов (учитель добивается, чтобы рассуждения учащихся были достаточно полными и последовательными) учащиеся уже вполне обоснованно и окончательно формулируют закон ЭМИ.

Подводя итог проведенному нами эксперименту, мы сделали следующие выводы:

1. надо шире применять демонстрационные опыты с проблемным содержанием, с целью повышения познавательной активности учащихся;

2. при закреплении учебного материала также следует применять демонстрационные

3. опыты творческого характера, результаты которых учащиеся предсказывают самостоятельно;

4. применяя тот или иной уровень активизации, следует учитывать многие факторы: бюджет времени, подготовленность и развитие учащихся класса, конкретность дидактической задачи, решаемой учителем на уроке и т.д.


Глава 3.

Организация, содержание и методика проведения педагогического эксперимента


3.1. Организация и содержание педагогического эксперимента


Теоретическая концепция педагогического исследования, включающая содержание, организацию и методику обработки результатов исследований, базируется на трудах С. И. Архангельского, Ю. К. Бабанского, В. П. Беспаль- ко, П. А. Жучка, Р. И. Малафеева, А. В. Усовой (14; 17; 24; 75; 127; 216) и др.

Основным результатом нашего исследования явилась изложенная в диссертации методика совершенствования учебного демонстрационного эксперимента по электричеству, которая включает: а) разработку принципиально новых демонстрационных опытов и модернизацию традиционных опытов; б) разработку новых приемов использования демонстрационных опытов в системе развивающего обучения.

Целью педагогического эксперимента была проверка эффективности предложенной методики на практике: какое влияние на психическое развитие учащихся и, в первую очередь, на развитие их мышления и творческих способностей оказывает применение описанной системы демонстрационных опытов в контексте развивающего обучения.

Опытно-экспериментальная работа проводилась в три этапа в период с 2000 по 2004 гг. Педагогические исследования, которые содержали констатирующий, формирующий и контрольный эксперименты, проводились в 10 - 11 классах

На первом этапе (2000-2001 уч.г.) проводился констатирующий эксперимент, в задачи которого входило:

1. Изучение состояния проблемы развития демонстрационного эксперимента при обучении физике в педагогической литературе и школьной практике. С этой целью проводились педагогические наблюдения, беседы с учителями и учащимися, анкетирование учителей и учащихся

2. Определение уровней обученности и развития учащихся перед началом педагогического эксперимента.

3. Разработка и апробирование системы демонстрационных опытов (в том числе творческих) на основе самодельного и типового оборудования с целью проведения пробного эксперимента.

4. Разработка и апробирование методики использования экспериментальных задач, направленной на развитие логического и творческого мышления.

4. На этом же этапе нами были определены для предстоящего обучающего эксперимента контрольные и экспериментальные классы. Решив запланированные на данном этапе задачи, мы сделали следующие выводы:

1. Демонстрационный эксперимент в процессе обучения физике нередко используется эпизодически и бессистемно. Применяемые в учебном процессе демонстрационные опыты носят, в основном, иллюстративно- объяснительный характер. Демонстрационные опыты, позволяющие стимулировать познавательную активность учащихся, развивать логическое и творческое мышление, применяются крайне редко. Знания носят по преимуществу формальный характер.

2. Решение проблемы требует разностороннего и системного подхода: разработки нового и совершенствования традиционного оборудования для постановки обучающего демонстрационного эксперимента, разработки экспериментальных задач, разработки проблемных опытов для развития логического и творческого мышления.

На втором этапе (2001 - 2002 уч.г.) педагогического эксперимента отрабатывались и корректировались основные идеи, апробированные на первом этапе: проверялась на практике методика применения проблемных опытов, экспериментальных задач, в том числе творческих, в различных видах учебной деятельности школьников. Изучались и проверялись также способы оптимизации уроков различных видов в условиях развивающего обучения.

Пробный эксперимент проводился в 10 классах Лесниковской средней школы и школы №36 г. Кургана на примере изучения темы «Электростатика». Классы профильные (физико-математические) - недельная учебная нагрузка

составляла 5 ч. Поскольку в указанных школах по одному профильному классу, то педагогический эксперимент вели разные учителя. Оба учителя имеют высшую категорию и большой стаж работы..

На третьем этапе, (2002 - 2003 уч.г.) в течение второй и третьей четверти в 10 классах и в первой четверти в И классах, проводился полномасштабный обучающий эксперимент по темам: «Постоянный ток», «Электромагнетизм», «Переменный ток». Исследовалась уже в полном объеме эффективность применения демонстрационного эксперимента в системе развивающего обучения школьников.

Одновременно, в течение двух лет (2002-2003 уч.г.; 2003-2004 уч.г.) проводился педагогический эксперимент в Кетовскои средней школе. Цель: проверить педагогическую эффективность используемой нами системы демонстрационного эксперимента по теме «Электростатика» в сельской школе.


3.2. Методика проведения и результаты педагогического эксперимента


Выводы по главе 3

Совершенствование демонстрационного эксперимента осуществлялось нами по двум направлениям:

1) совершенствование учебного оборудования;

2) совершенствование методики выполнения демонстрационных опытов.

В результате проведенного педагогического эксперимента обнаружились следующие закономерности:

наблюдается повышение общего уровня обученности учащихся (увеличивается фонд базовых знаний, процент положительных результатов, процент качества знаний);

наблюдается повышение уровня развития логического и творческого мышления у учащихся (заметен рост продуктивности, гибкости, вариативности мышления);

наблюдаются существенные сдвиги в деятельности наблюдения (умение видеть главные особенности в происходящем явлении, правильно интерпретировать увиденное явление);

наблюдается повышение интереса учащихся к физике, в частности к физико-техническому творчеству (возрастает поисковая активность при демонстрации проблемных опытов, решении конструкторских, исследовательских заданий.


Заключение


1. Изучение состояния проблемы развития демонстрационного эксперимента в методической и психолого-педагогической литературе позволило сделать вывод о том, что к настоящему времени достаточно хорошо разработаны вопросы содержания, роли и места иллюстративного демонстрационного эксперимента в преподавании физики. Но проблема развития логического и творческого мышления учащихся при постановке демонстрационных опытов разработана еще недостаточно.

2. Определены направления, лежащие в основе совершенствования демонстрационного эксперимента, которые реализованы следующим образом: • разработаны новые приборы и установки, позволяющие расширить количество демонстрационных опытов с целью проведения не только качественных, но и количественных опытов; • улучшены эксплуатационные характеристики некоторых демонстрационных приборов, расширены их функции; сформулированы общие требования к учебному демонстрационному оборудованию, предназначенному как для демонстрации базовых опытов, так и для постановки экспериментальных задач.

3. Разработана методика проведения демонстрационных опытов, ориентированная на развитие логического и, в особенности, творческого мышления. Эта методика позволяет вовлекать учащихся в активную работу при поиске принципиального решения сформулированных учителем экспериментальных проблем и при оценке результатов опытов.

4. Главными факторами развития мышления учащихся, как мы считаем, являются активизация их мыслительной деятельности на основе повышения их интереса к физике (привлечение нового оборудования, использование новых форм учебных занятий и др.), изменение структуры умственной деятельности (повышение удельного веса творческих компонентов мышления), более полный, чем при традиционном обучении, учет индивидуальных особенностей учащихся, реализуемый за счет предъявления заданий разной степени сложности на выбор.

5. Педагогический эксперимент, проводившийся в течение четырех лет, свидетельствует об эффективности предлагаемой методики интеллектуального развития учеников: повышается познавательная активность всех категорий учащихся, происходят качественные изменения их деятельности наблюдения, повышается уровень экспериментальных умений, возрастает интерес к предмету.

Результаты проведенного исследования имеют теоретическое и практическое значение, они могут быть введены в практику преподавания физики в средних школах.

6. Проведенное исследование и педагогический эксперимент позволили выделить перспективные направления дальнейших изысканий: - разработка комплекта оборудования (подобного комплекту по электростатике) по другим темам раздела «Электродинамика», позволяющего быстро и эффективно демонстрировать основные физические явления данного раздела;

- разработка базовых демонстрационных опытов (в том числе проблемных) и на их основе экспериментальных задач для профильных классов средней школы;

- развитие интеллектуальных способностей учащихся на основе разработанной нами методики во всех видах учебной деятельности (при объяснении нового материала, при решении задач и выполнении самостоятельного исследовательского эксперимента).


Список литературы


2. Айнбиндер А. Б. Как облегчить понимание демонстрационного эксперимента // Физика в школе. - 1980. - №3. - С. 35 - 38.

3. Амстиславский М. Я. Способы совершенствования демонстрации непрерывного спектра // Физика в школе. - 1988. - №1. - С. 56 - 59.

4. Анисимов Н. М., Рожко С. И., Власова Н. М. Инновационная деятельность учителя физики // Физика в школе. - 2002. - № 6. - С. 64 - 66.

5. Анофрикова С. В. Отбор демонстраций к уроку // Физика в школе. - 1978. - №4.-С. 56-60.

7. Анциферов Л. И. Самодельные приборы для физического практикума в средней школе. -М.: Просвещение, 1985. - 125 с.

8. Анциферов Л. И. Физика: Электродинамика и квантовая физика. 11 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений. - М.: Мнемозина, 2001. - 383 с.

9. Арсланбеков А. М. Совершенствование демонстрационного эксперимента по разделу «Электродинамика»: Дисс. ...канд. пед. наук. - М., 1984. - 216 с.

10. Архангельский С. И. Учебный процесс в высшей школе, его закономерные основы и методы. - М.: Высш. шк., 1980. - 368 с.

11. Бабанский Ю. К. Методика преподавания физики в средней школе. - М.: Просвещение, 1968. - 260 с.

12. Бабанский Ю. К. Проблема повышения эффективности педагогических исследований. -М,: Педагогика, 1982. - 192 с

13. Беджанова 3. М. Система проблемных заданий по физике как средство формирования знаний и приемов учебной работы школьников (на примере раздела «Электромагнетизм»): Дисс. ...канд. пед. наук. - М., 1977. - 178 с.

14. Беджанова 3. М. Методика проблемного обучения учащихся физике: Пособие для учителей. - Махачкала: Дагучпедгиз, 1983. - 80 с.

15. Бердалиева Т. Д. Домашние работы экспериментального характера как средство формирования умения учащихся самостоятельно пополнять знания: Дисс. ...канд. пед. наук. -М., 1988. ~ 185 с.

16. Беспалько И. И. Формирование понятия электромагнитного поля в 9 классе средней школы: Автореф. дис. ...канд. пед. наук. - Л., 1974. - 15 с.

17. Бирюков В, С, Прокофьев А. В. Демонстрационные опыты с использованием высокотемпературных сверхпроводников // Физика в школе. - 1990.-№6.-С. 50-52.

18. Бобров А. А. Формирование у учащихся старших классов обобщенных экспериментальных умений в условиях осуществления межпредметных связей физики с химией: Дисс. ...канд. пед. наук. - Челябинск, 1981. - 203 с.

19. Богоявленская Д. Н. Интеллектуальная активность как проблема творчества. - Рост. ун-т. - Ростов -на -Дону, 1983. - 179 с.

20. Болдырев А. И. Физическая и коллоидная химия: Учебник для сельскохозяйственных вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Высшая, шк., 1983. -408 с.

21. Бордонская Л. А. Электромагнитное поле в курсе физики 9 класса: Автореф. Дисс. ...канд. пед. наук. - Л . , 1976. - 19 с.

22. Браверман Э. М. Физический эксперимент учащихся как средство их развития // Физика в школе. - 1996. - №4. - С. 17 - 21.

23. Бугаев А. И. Методика преподавания физики в средней школе: Теоретические основы. - М.: Просвещение, 1981. - 288 с.

24. Буров В. А. Усилитель к демонстрационному гальванометру // Физика в школе. - 1962. - №2. - С. 114.

25. Буров. В. А. Ферромагнитный индикатор индукции магнитного поля // Физика в школе. - 1964. - №3. - С.114.

26. Бурсиан Э. В. Физические приборы: Учеб. пособие для студентов физ.- мат. фак. пед. ин-тов. - М.: Просвещение, 1984. - 271 с.

27. Бутырский Г. А. и др. Опыт использования экспериментальных задач по теме «Законы постоянного тока» // Физика в школе. - 1983. - №6. - С. 31 - 35.

28. Бутырский Г. А., Данюшенков В. С. Экспериментальные задачи // Физика в школе. - 1995. - №1. - С. 44.

29. Вишневский С. Л. Система, методика изучения и применения осциллографических методов в курсе физики средней школы: Дисс. ...канд. пед. наук.-М., 1974.-185 с.

30. Вознюк Н. Ф. Повышение эффективности учебного эксперимента в курсе физики средней школы: Дисс. ...канд. пед. наук. -Киев, 1985. - 169 с.

31. Войцеховский Я. Радиоэлектронные игрушки: Электроника на дому, на работе, в школе. Пер. с польск. М.: Советское радио, 1976. - 608 с.

32. Восканян А. Г. Индикатор магнитного поля ИМП-Р // Физика в школе. - 1973. - №1. - С. 58 - 60.

33. Выготский Л. С. Педагогическая психология / Под ред. В. В. Давыдова. - М.: Педагогика-Пресс, 1995. - 536 с,

34. Гайдучок Г. М. Элементы электрических измерений в курсе физики средней школы: Дисс. ...канд. пед. наук. - Киев, 1956. - 219 с.

35. Гайдучок Г. М., Присяжнюк В. В. Чувствительный усилитель постоянного тока на полевых транзисторах. - В сб.: Физический эксперимент в школе. Вып. 4 / Сост А. Ф. Раева. - М.: Просвещение, 1973. - С. 154 - 158.

36. Гайфулин В. Г. Организация и методика проведения проблемных уроков физики на первой ступени обучения: Автореф. дис. ...канд. пед. наук. -Л., 1974.-20 с.

37. Гайфуллин В. Г. Организация и методика проблемных уроков физики. - Казань, 1980. - 100 с.

38. Галанин Д. Д., Горячкин Е. Н., Жарков С. Н., Павша А. В. Физический эксперимент в школе, в 6 Т. - М.: Учпедгиз, 1934 - 1941.

39. Галанин Д.Д., Горячкин Е. П., Жарков С. Н., Сахаров Д. И., Павша А. В. Физический эксперимент в школе. Т. III. Электричество. Изд. 2-е, перераб. - М.: Учпедгиз, 1954. - 403 с.

40. Гальперин П. Я. Развитие исследований по формированию умственных действий // Психологическая наука в СССР: В 2 т. - М.: Педагогика, 1959. Т. 1.-С. 441-469.

41. Герд А. О методике преподавания описательных естественных наук // Учитель. - 1896. - №1. - 51с.

42. Гирке Р., Шпрокхоф Г. Эксперимент по курсу элементарной физики. Ч. I. Механика. -М.: Учпедгиз, 1959. - 263 с.

43. Глазырин А. И. Самодельные приборы по физике и опыты с ними: Пособие для учителей. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Учпедгиз. - 1960. - 488 с.

44. Гопкинс Дж. Общедоступная физика Гопкинса: Руководство к производству опытов и изготовлению приборов. - М.: Товарищество типографии А. И. Мамонтова, 1900. - 416 с.

45. Горбунов Г. Т. Использование МДП-транзистора при изучении физических основ микропроцессорной техники // Физика в школе. - 1990. - №3. - С. 35-38.

46. Горев Л. А. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах средней школы. Кн. для учителя. - 2-е изд., перераб. - М.: Просвещение, 1985. - 175 с.

47. Горячкин Е. И. Методика преподавания физики в семилетней школе: Т. III. Основные детали самодельных и упрощенных приборов. - М.: Просвещение, 1950. - 659 с.

48. Горячкин Е. Н. Методика преподавания физики в восьмилетней школе. - М.: Учпедгиз, 1955. - 264 с.

49. Горячкин Е. Н., Орехов В. П. Методика и техника физического эксперимента в восьмилетней школе. - М.: Просвещение, 1964. - 482 с.

50. Гурьянов Г. А. Демонстрация модуляции и детектирования радиосигнала // Физика в школе. - 2000. - №3. - С. 58 - 60.

51. Гринбаум М. И. Повышение эффективности демонстрационного эксперимента путем применения новых электронных приборов: Дисс. ...канд. пед. наук. - М., 1968. - 252 с.

52. Давиден А. А. Экспериментальные задачи как средство повышения уровня и качества знаний учащихся по физике: Дисс. .. .канд. пед. наук. Киев, 1990.-182 с.

53. Давыдов В. В. Проблема развивающего обучения. - М.: Педагогика, 1986.-239 с.

54. Данилов М. А., Есипов В. П. Дидактика. - М.: Изд-во АПН РСФСР, 1957.-513 с.

55. Данюшенков В. С. Осциллографирование в курсе физики средней школы: Дисс. .. .канд. пед. наук. - М., 1979. - 234 с.

56. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. Ч. 1. Механика, молекулярная физика. Основы электродинамики. /Под ред. А. А. Покровского. -3-е изд., перераб. - М.: Просвещение, 1978. - 351 с.

57. Демонстрационный эксперимент по физике в средней школе. Ч. П. Колебания и волны. Оптика. Физика атома. / Под ред. А. А. Покровского. — 3- е изд. перераб. - М.: Просвещение, 1979. - 288 с. 58. Диксон Дж. Проектирование систем: изобретательство, анализ и принятие решений. - М.: Мир, 1969. - 440 с.

59. Евсюков А. А. Методика изучения принципов осциллографирования и телевидения в курсе физики средней школы на специально разработанных комплектах приборов: Дисс. ...канд. пед. наук. -М., 1967. - 123 с.

60. Жакин С. П., Жакина Е. Н. Упрощенная схема приемника Попова // Физика в школе. - 1985. - №3. - С. 67 - 68.

61. Жакин С. П. Демонстрация опыта Столетова // Физика в школе. - 1989.-№1.-С. 85-87.

62. Жакин С. П. Излучение и прием электромагнитных волн // Физика в школе. - 1990. - №3. - С. 38 - 39.

63. Жакин С. П. Новая модификация действующей модели приемника Попова // Физика в школе. - 1990. - №4. - С. 67.

64. Жакин СП., Чарыков В. И. Демонстрация петли гистерезиса феррита.// Физика в школе. - 1990. - №6. - С. 91.

65. Жакин С. П. Чувствительный индикатор инфракрасных лучей // Физика в школе. - 1991. - №1. С. 93.

66. Жакин С. П., Жакин В. П. Демонстрационный электрометр на полевом транзисторе // Физика в школе. - 1991. - №6. - С. 58 - 60.

67. Жакин С, П. Чувствительный усилитель постоянного тока на интегральной микросхеме // Физика в школе. - 1993. - №6. - С. 54.

68. Жакин СП., Жакин В. П. Генератор Ван де Граафа // Физика в школе. - 1994. - №6. - С. 45 - 48.

69. Жакин С. П., Жакин В. П. Светотелефон на инфракрасных лучах // Физика в школе. - 1995. - №2. - С. 62 - 63.

70. Жакин С. П. Генератор Ван де Граафа в физическом эксперименте // Физика в школе. - 1998. - №6. - С 46 - 47.

71. Жакин С. П. Показ автоколебаний на приборе ПДЗМ // Физика в школе. - 1999. - №3. - С 38 - 39.

72. Жакин С. П. Демонстрация ускоренного движения // Физика в школе. -2000. - №5.-С.

73. Жакин С. П. Демонстрационный гальванометр и ваттметр в опытах по электромагнетизму // Физика в школе. - 2002. - №7. - С. 53 - 55.

74. Жакин С. П. Демонстрационный эксперимент в проблемном обучении / Современные подходы в организации физического образования: Мат. Научно-практической конференции/ИПКиПРО Курганской обл. - 2003. - С. 32-36.

75. Жерехов Г. И. Демонстрационные опыты с комплектом приборов для изучения электромагнитных волн // Физика в школе. - 1983. - №3. - С. 60 - 61.

76. Жерехов Г. И. Политехническое обучение в демонстрационных опытах- М.: Учпедгиз, 1957. - 318 с.

77. Жерехов Г. И. Модели сельскохозяйственных установок // Физика в школе. - 1976. - №5. - С. 77 - 79.

78. Жерехов Г. И. Модернизация генератора сантиметровых электромагнитных волн // Физика в школе. - 1978. - №3. - С. 65 - 67.

79. Жерехов Г. И. Демонстрация передачи электроэнергии на расстояние // Физика в школе. - 1986. - №4. - С.73.

80. Жила А. И. Использование элементов современной измерительной техники в школьном физическом эксперименте: Дисс. ...канд. пед. наук. - Киев, 1968.-297 с

81. Жучок П. М. Оценка эффективности обучения методами математической статистики // Сов. педагогика. - 1985. - №6. - С. 83 - 97.

82. Занков Л. В. Избранные педагогические труды. - М.: Педагогика, 1990.-418 с.

83. Зверева. Н. М. Активизация мышления учащихся при изучении нового материала // Физика в школе. - 1974. - №4. - С. 38 - 41.

84. Зверева Н. М. О выдвижении учащимися гипотез при решении учебных проблем // Физика в школе. - 1978. - №5. - С. 53 - 57.

85. Зверева Н. М. Активизация мышления учащихся на уроках физики: Из опыта работы. Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1980. - 112 с. 86. Зворыкин Б. С. К вопросу о конструировании учебных приборов //

Физика в школе. -1965. - №2. - С. 59 - 64..

87. Зворыкин Б. С. Система учебного физического эксперимента по физике и учебное оборудование // Физика в школе. - 1969. - №3. - С. 3 - 14.

88. Зеленкова Л. В. Зависимость емкостного сопротивления от частоты // Физика в школе. - 1989. - №3. - С. 134.

89. Зеленкова Л. В. Эффект Доплера в медицине // Физика в школе. - 1995.-№3.-С. 47.

90. Знаменский П. А. Методика преподавания физики в средней школе. - Л.: Учпедгиз, 1947. - 551 с.

91. Зуев П. В. Учебный эксперимент как средство оптимизации подготовки учащихся по физике: Дисс. .. .канд. пед. наук. - М., 1994. - 282 с.

92. Иванов Б. С. Энциклопедия самоделок юного мастера. - М.: Мол. гвардия, 1992. - 252 с.

93. Иванов Д. Т. Некоторые пути совершенствования физического демонстрационного эксперимента в средней школе: Дисс. ...канд. пед. наук. - Л., 1977. - 246 с.

94. Игнатьев И. И. Колумбово яйцо: Физика в опытах. - СПб, 1904. - 200

с.

95. Из опыта совершенствования эксперимента по разделу «Колебания и волны» // Физика в школе. -1988. - №3. - С. 68 - 70.

96. Из опыта совершенствования эксперимента по электричеству // Физика в школе. - 1984. - №1. - С. 63 - 68.

97. Из опыта совершенствования эксперимента по электричеству // Физика в школе. - 1986. - №6. - С. 74 - 76.

98. Изергин Э. Т. Развитие познавательных возможностей школьника в ходе овладения методом физического эксперимента: Автореф. дис. ...канд. пед. наук. - Челябинск, 1975. - 18 с.

99. Индриксон Ф. Н. Несколько работ по физике для учащихся средних школ. - СПБ, 1907. - 32 с.

100. Кабанова-Меллер. Е. Н. Учебная деятельность и развивающее обучение. - М.: Знание, 1981. - 96 с.

101. Казенас В. Е. Развитие физико-технического творчества учащихся при обучении физике: Дисс. ...канд. пед. наук. -Екатеринбург, 1999. - 197 с.

102. Калмыкова 3. И. Психологические предпосылки развивающего обучения // Физика в школе. - 1991. - №3. - С. 69 - 73.

103. Каменецкий С. Е., Пустильник И. Г. Электродинамика в курсе физики средней школы. - М.: Просвещение, 1978. - 127 с.

104. Каменецкий С. Е. Проблемы изучения основ электродинамики в курсе физики средней школы: Дисс. .. .докт. пед. наук. ~ М., 1978. - 366 с.

105. Камкиев Ж. С, Шумилин В. Ю. Задания по исследованию «черных яш,иков» // Физика в школе. - 1984. - №1. - С.49 -50.

106. Капица П. Л. Физические задачи. - М.: Знание, 1972. - 48 с.

107. Карцев В. Л. Всегда молодая физика. - М.: Советская Россия, 1983. - 340 с.

108. Карцев В. Л. Приключения великих уравнений: Изд. 3-е. - М.: Знание, 1986.-288 с.

109. Кашин Н. В. Методика физики. - М.: Тип. В. М. Саблина, 1916. - 258 с.

ПО. Кедров Б. О творчестве в науке и технике: (Научно популярные очерки для молодежи). - М.: Молодая гвардия, 1987. - 192 с.

111. Китайгородский А. И. Физика для всех: Электроны. - 3-е иэд., стер- М.: Наука, Главная редакдия физико-математической литературы, 1984. - 208 с.

112. Клих В. Ю. Повышение эффективности электрических измерений в школьном демонстрационном эксперименте: Дисс. ...канд. пед. наук. - Киев, 1971.-158 с.

114. Кузьмина Н. В. Методы исследования педагогической деятельности. -Л.: ЛГУ, 1970.-114 с.

115. Ланге В. Н. Экспериментальные физические задачи на смекалку. - 2-е изд., доп. и перераб. - М.: Наука, 1979. - 126 с.

117. Лекционные демонстрации по физике / Под ред. В. И. Ивероновой, -М.: Наука, 1972.-639 с.

118. Лекционный эксперимент по курсу общей физики. Физика твердого тела. / Р. П. Кренцис, Л. П. Зеленин. - Свердловск: Изд. УПИ, 1981. - 32 с.

119. Лекционный эксперимент по курсу общей физики: Механика, молекулярная физика, электростатика / Р. П. Кренцис, Л. П. Зеленин, А. П. Котов, Л. Ф. Ромашова. - Свердловск: изд. УПИ, 1981. - 49 с.

120. Лекционный эксперимент по курсу общей физики: Постоянный ток, электромагнетизм, колебания и волны. / Р. П. Кренцис, Л. П. Зеленин, А. П. Котов, Л. Ф. Ромашова. - Свердловск: Изд. УПИ, 1981. - 47 с.

121. Лермантов В. В. Методика физики и содержание приборов в исправности. - СПБ, 1907. - 340 с.

122. Лихачев Ю. А., Плосков В. А. Петля гистерезиса на экране осциллографа // Физика в школе. - 1978. - №6. - С. 27.

123. Ломоносов М. В. Полное собрание сочинений: (в десяти томах). - М. - Л.: Изд-во АПН СССР, 1950 - 1957. - Т. 1. - 620 с.

124. Лисенкер Г. Р. К изучению темы «Электрические заряды и электрическое поле» в X классе // Физика в школе. - 1964. - №6. - С. 33 - 42.

125. Майер В. В., Майер Р. В. Учебные опыты с колебательными контурами // Физика в школе. - 2000. - №3. - С. 61 - 63.

126. Майер Р. В. Проблема формирования эмпирических знаний по физике: Дисс. ...докт. пед. наук. - СПб., 1999. - 350 с.

127. Малафеев Р. И. Беседы с учащимися - одна из форм проблемного обучения // Физика в школе. — 1978. - №5. - С. 57 - 60.

128. Малафеев Р. И. Проблемное обучение физике в средней школе: Из опыта работы. Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1980. - 127 с.

129. Малафеев Р. И., Гирик Ю. А. Способы активизации учащихся при выполнении демонстрационных опытов по физике: Методические рекомендации. - Курган: Изд-во Курганского ИУУ, 1983. - 54 с.

130. Малафеев P. И. Проблемное обучение в преподавании физики: Дисс. ... докт. пед. наук. М., 1991. - 305 с.

131. Малафеев Р. И. Система творческих лабораторных работ по физике в X классе // Физика в школе. - 1999. - №6. - С. 52 - 56.

132. Малафеев Р. И. Система творческих лабораторных работ по физике в X классе // Физика в школе. - 2000. - N^l. - С. 46 - 48.

133. Малафеев Р. И. Система творческих лабораторных работ по физике в средней школе: Учеб. пособие. - Курган: Изд-во Курганского го ун-та, 1999.-102 с.

134. Малафеев Р. И. Экспериментальные задачи при повторении электрических явлений // Физика в школе. - 1991. - №6. - С. 70 - 71.

135. Малинин А. Н. Познавательная функция физического эксперимента // Физика в школе. - 2000. - №1. - С. 68 - 74.

136. Малов И. Н. , Гершензон Е. М. и др. Курс общей физики. Электричество и магнетизм. - М.: Просвещение, 1980. - 200 с.

137. Малов П. Н. , Козлова А. И. Лекционные демонстрации по курсу общей физики. М.: Изд-во МГПИ им. В. И. Ленина, 1978. Вып. 1.-74 с, Вып. 2. - 82 с , Вып. 3. - 80 с.

138. Малов Н. Н. С какими зарядами работал Кулон? // Физика в школе. -1989. - №6.-С. 124-126.

139. Мамонтов Ю. И., Русинов В. А. О механизме процессов, происходящих на границе раздела фаз металл-почва при наложении поляризации. Актуальные вопросы электрохимической технологии и защиты металлов. Тезисы научно-технической конференции. - Свердловск. — 1987. — 3 с.

140. Мамонтов Ю. И., Русинов В. А., Гималов X. X., Оксак П. П., Болотин А. И. Способ обработки почвы. Авторское свидетельство 1250177. - СССР.-1976.-3 с.

141. Марголис А. А. Практикум по школьному физическому эксперименту. - М.: Просвещение, 1968. - 390 с.

142. Матвеев А. В. Проблемы разработки курса физики по системе развивающего обучения Эльконина - Давыдова // Вопросы психологии. - 2001. - №5.-С. 124-128.

143. Матюшкин А. М. Загадки одаренности: Проблемы практической диагностики. - М.: Школа-Пресс, 1993. - 128 с.

144. Меле дин Г. В. Физика в задачах: Экзаменационные задачи с решениями: Учеб. пособие. -2-е изд., перераб. и доп. -М.: Наука, 1990. - 272 с.

145. Менчинская И. А. Мышление в процессе обучения // Исследование мышления в советской психологии. — М.: Наука, 1966. - С. 349 - 387.

146. Менчинская Н. А. Психологические вопросы развивающего обучения и новые программы // Сов. педагогика. - 1968. ~ №6. - С. 21 - 38.

147. Менчинская Н. А. Проблемы учения и развития. К вопросу о теории учения // Сов. педагогика. - 1979. - №9. - С. 35 - 41.

148. Методика обучения физике в школах СССР и ГДР / Под ред. В. Г. Зубова, В. Г. Разумовского, М. Вюншмана, К. Либерса. - Москва - Берлин: Просвещение-Фольк унд внесен, 1978. - 224 с.

149. Методика преподавания физики в 6-7 классах средней школы / Под ред. В. П. Орехова, А. В. Усовой. - М.: Просвещение, 1972. - 416 с.

150. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школе / Под ред В. П. Орехова, А. В. Усовой. - М : Просвещение, 1980. - Ч. 2. - 351 с. 151. Мултановский В. В. Физическое взаимодействие и картина мира в школьном курсе: Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1977. - 168 с.

152. Мултановский В. В., Карасова И. С, Потапова М. В. Изучение и обобщение физических теорий в школе и в ВУЗЕ в условиях преемственности (научно-методические основы и пед. опыт): Монография; М.: «Прометей», МПГУ, 2003. - 200 с.

153. Мошков С. С. Постановка экспериментальных задач на уроках физики в средней школе: Автореф. дисс. .. .канд пед. наук. - Л.,1953. - 13 с.

54. Мошков С. С. Экспериментальные задачи по физике. - Л.: Учпедгиз, 1965.-204 с.

155. Мушков А. П. Применение датчиков Холла в учебном эксперименте // Физика в школе. - 1978. - №3. - С. 60 - 63.

156. Найдин А. А. Эксперимент в структуре физической теории.// Физика в школе. - 1994. - №2. - С. 57 - 63.

157. Неверов С. А. Изучение принципов радиосвязи с помощью полупроводниковых приборов // Физика в школе. - 1983. - №3. - С. 62 - 65.

158. Оглоблин Г. В. Использование демонстраций по волновым процессам в преподавании физики: Дисс... .канд. пед. наук. - М., 1977. - 205 с.

159. Ожегов С. И. Словарь русского языка. - М.: Рус. яз., 1987. - 787 с.

160. Основы методики преподавания физики. Общие вопросы. / Под ред. Л. И. Резникова, А. В. Перышкина, П. А. Знаменского. - М.: Просвещение, 1965.-373 с.

161. Первак Г. И. Прибор для моделирования процессов, происходящих в различных точках интерференционного поля // Физика в школе. - 1993. - Хо4. - С. 57 - 58.

162. Первак Г. И. Три лабораторные работы // Физика в школе. - 1997. - №2.-С. 61-65.

163. Перкальскис Б. Ш. Использование некоторых современных научных и технических средств в физических демонстрациях: Дисс. ...канд. пед. наук. -Томск, 1963.-149 с.

164. Перкальскис Б. Ш. Волновые явления и демонстрации по курсу физики. - Томск: Изд-во Томск, ун-та, 1984. - 274 с.

165. Пинский А. А., Разумовский В. Г. Метод модельных гипотез как метод познания и объект обучения // Физика в школе. - 1997. - №2. - С. 30 — 36.

166. Плосков В. А. Исследование путей совершенствования школьного эксперимента по физике (на материале раздела «Электродинамика» 9-10 кл.): Дисс. ...канд. пед. наук. - Л., 1979. - 230 с.

167. Плотников Г. Н. Экспериментальные задачи с электрометром // Физика в школе. - 1999. - Х22. - С. 50231

168. Практикум по физике в средней школе. / Под ред. А. А. Покровского. - М.: Просвещение, 1973. - 256 с.

169. Программы общеобразовательных учреждений: Физика. Астрономия. - М.: Просвещение, 1994. - 285 с.

170. Психологический словарь. - М.: Педагогика, 1983. — 448 с.

171. Психологический словарь, - М.: Политиздат. - 1991. - 484 с.

172. Пулатов Ю., Сигалов Р., Каримов X., Исломбеков А. Комплект приборов для наблюдения электромагнитных взаимодействий. // Физика в школе. - 1991. - №6. - С. 56-58.

173. Раевский И. М. Школьный демонстрационный электрометр. - Сб.:

Физический эксперимент в школе. Вып. 3 / Сост. Шамаш Д. М. - М.: Просвещение, 1966. - С. 27 - 34.

174. Резников 3. М. Задачи по прикладным вопросам электродинамики и молекулярной физики // Физика в школе. - 1999. - №6. - С. 62 - 65.

175. Разумовский В. Г. Творческие задачи по физике в средней школе. - М.: Просвещение, 1966, - 153 с.

176. Разумовский В. Г. Развитие творческих способностей учащихся при обучении физике. - М.: Просвещение, 1975. - 272 с.

177. Разумовский В. Г., Рабоджийска Р. К. Обучение школьников и развитие способностей // Физика в школе. - 1994. - №2. - С. 52 - 56.

178. Резников Л. И. и др. Методика преподавания физики в средней школе.- М.: АПН СССР, 1961.-Т. 3. - 441с.

179. Ринский В. И. Усилитель к демонстрационному гальванометру. - В сб.: Физический эксперимент в школе. Вып. 5 / Сост. Лисинкер Г. Р. , - М.: Просвещение, 1975. - С. 71 - 75. 180. Рубинштейн С. Л. Основы общей психологии. - СПб.: Питер Ком, 1999.-720 с.


181. Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Химия -11: Органич. химия. Основы химии: (Обобщение и углубление знаний): Учеб. для И кл. сред. шк. - М.: Просвещение, 1992. - 160 с. 232

182. Руководство к лабораторным занятиям по физике / Под ред. Л. Д. Гольдина. - М.: Наука, 1973. - 688 с.

183. Рязанов Г. А. Опыты и моделирование при изучении электромагнитного

поля. - М.: Наука, 1966. - 208 с.

184. Савельев И. В. Курс обшей физики. - М: Наука, 1968. Т. 2. - 335 с.

185. Савченко Б. Ф. Изучение магнетизма в средней школе: Автореф. дис. ...канд. пед. наук. - Киев, 1969. - 20 с.

186. Самыгина Е. Ф. Фронтальный исследовательский эксперимент на уроках физики в VIII классе // Физика в школе. - 1965. - №5. - С. 28 - 31.

187. Свиридов В. И. Фронтальные опыты в преподавании физики: Дисс... .канд. Пед. Наук. - М., 1965. - 255 с.

188. Сергеев А. В. Научное прогнозирование на уроках физики // Физика в школе. - 1995. - №3. - С. 35 - 38.

189. Сеченов И. М. Избранные физиологические и психологические произведения. - М: Госполитиздат. - 1947. - 470 с.

190. Сиденко А. С. Основы теории развивающего обучения // Физика в школе. - 1998. - №1. - С. 20 - 23.

191. Синенко В. Я. Структура методики и техники школьного физического эксперимента // Физика в школе. - 1989. - №3. - С. 77 - 79.

192. Синенко В. Я. Методика и техника школьного физического эксперимента: Учебное пособие по спецкурсу / Новосиб. гос. пед. ин-т. - Новосибирск: НГПИ. - 1990. - 100 с.

193. Скаткин М. Н., Булатов Н. П. О политехническом образовании в преподавании физики // Физика в школе. - 1951. - №3. - С. 34 - 38.

194. Снежко М. Я. Некоторые вопросы изучения основ электродинамики в средней школе: Автореф. дис. ...канд. пед. наук. - М . , 1969. - 17 с.

195. Сургуладзе Е. Г. Понятие поля в курсе физики средней школы: Автореф. дис. .. .канд. пед. наук. - Тбилиси, 1968. - 17 с.

196. Талызина Н. Ф. Управление процессом усвоения знаний. - Мое. гос. ун-т. - М.: МГУ, 1984. - 344 с.

233

197. Талызина Н. Ф. Природа индивидуальных различий. - Мое. гос. Ун-т.-М.:МГУ, 1991.-191С.

198. Тараненко В. И. Оценка ЭДС самоиндукции электрометром // Физика в школе. - 1996. - №6. - С. 52 - 53.

199. Терентьев М. М. Демонстрационный эксперимент по физике в проблемном обучении: Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1978. - 104 с.

200. Тисандье Г. Научные развлечения: Знакомство с законами природы путем игр, забав и опытов, не требующих специальных приборов /под ред. Ф. Павленкова. - СПБ, 1883. - 369 с.

201. Тульчинский М. Е. Качественные задачи по физике в средней школе: Пособие для учителей. Из. 4-е, перераб. и доп. - М.: Просвещение, 1972. - 240 с.

202. Тукмачев Л. М. Взаимосвязь школьных курсов физики и химии // Физика в школе. - 1978. - №6. - С. 57 - 61.

203. Усова А. В. Учебный эксперимент как метод обучения // Развитие познавательных способностей и самостоятельности учащихся в процессе преподавания физики. - Челябинск: ЧГПИ, 1970. - С. 28 - 40.

204. Усова А. В., Вологодская 3. А. Самостоятельная работа учащихся в средней школе. -М.: Просвещение, 1981. - 158 с.

205. Усова А. В., Бобров А. А. Формирование у учащихся умений самостоятельно проводить наблюдения и опыты. - Челябинск: ЧГПИ, 1983.- 40 с.

206. Усова А. В., Бобров А. А. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики. - М.: Просвещение, 1988. - 111 с.

207. Усова А. В. Развитие исследований по формированию у школьников обобщенных учебно-познавательных умений. - Челябинск. - ЧГПИ, 1992. - 1 1 с .

208. Усова А. В., Вологодская 3. А. Развитие самостоятельности и творческой активности учащихся при обучении физике: Методические рекомендации. - Челябинск: Изд-во ЧГПИ, 1992. - 56 с. 234

209. Усова А. В. Актуальные проблемы развития современной системы школьного образования. - Челябинск: ЧГПИ, 1994. - 15 с.

210. Усова А. В. Межпредметные связи в условиях стандартизации образования // Физика в школе. - 2000. - №3. - С. 46 - 48.

211. Устинов А. А. Совершенствование экспериментальной подготовки учаш;ихся средней школы при выполнении работ физического практикума. - Дисс. .. .канд. пед, наук. - М., 1974. - 216 с.

212. Уфимцева Л. Д. О межпредметных связях физики и химии // Физика в школе. - 1988. - №6. - С. 59 - 63.

213. Учебное оборудование по физике в средней школе / Буров В. А., Ершов В. П., Зворыкин Б. С. и др. - М.: Просвещение, 1973. - 480 с.

214. Учебный эксперимент по колебательным и волновым процессам / Ред. - сост. В. Ф. Гудкова. - М.: Школа-Пресс, 1996. - 96 с.

215. Физика: Учеб. для 10 кл. шк. и кл. с углубл. изучением физики / О. Ф. Кабардин, В. А. Орлов, Э. Е. Эвенчик и др.; Под ред. А. А. Пинского, - 6-е изд. - М.: Просвещение, 2001. - 415 с.

216. Физический эксперимент в школе. Вып. 2 / Сост. Д. М. Мур. - М.: Учпедгиз, 1963. - 166 с.

217. Физический эксперимент в школе. Вып. 3 / Сост. С. Я. Шамаш. - М.: Просвещение, 1966. - 157 с.

218. Физический эксперимент в школе. Вып. 4 / Сост. А. Ф Раева. - М.: Просвещение, 1973.-239 с.

219. Физический эксперимент в школе. Вып. 5 / Сост.Г. Р. Лисинкер. - М.: Просвещение, 1975. - 200 с.

220. Физический эксперимент в школе. Вып. 6 / Сост. Г. П. Мансветова, В. Ф Гудкова. - М.: Просвещение, 1981. - 192 с.

221. Фридрихсберг Д. А. Курс коллоидной химии. - М.: - Химия, 1974. - 352. 235

222. Хендре Я. М. Применение электронного осциллографа и звукового генератора на уроках физики в средней школе. - Дисс. ...канд. пед. наук. - Л., 1969.-381с.

223. Хорошавин С. А. Физико-техническое моделирование: Учеб. пособие для учащихся по факультатив, курсу. 8 - 10 кл. - М.: Просвещение, 1963. - 207 с.

224. Хорошавин С. А. Техника и технология демонстрационного эксперимента. -М.: Просвещение, 1978. - 174 с.

225. Хорошавин С. А. Физический эксперимент в средней школе: 6 - 7 кл. - М.: Просвещение, 1988. - 175 с.

226. Хорошавин С. А. Физический эксперимент с упрощенными приборами // Физика в школе. - 1997. - №6. - С. 57 - 59.

227. Хорошавин С. А. Дидактический принцип наглядности в демонстрационном эксперименте // Физика в школе. - 1997. - №2. - С. 73 - 75.

228. Целинко М. Г. Школьный генриметр // Физика в школе. - 1990. - №6.-С. 55-58.

229. Шамало Т. Н. Учебный эксперимент в процессе формирования физических понятий. Книга для учителя. - М.: Просвещение, 1986. - 95 с.

230. Шамало Т. Н. Направление в развитии современного школьного физического эксперимента // Физика в школе. - 1996. - >fo3. - С. 18-20.

231. Шамало Т. И. Теоретические основы использования физического эксперимента в развивающем обучении: Учебное пособие к спецкурсу. —Сведловск, 1990.-95 с.

232. Шахмаев Н. М. Некоторые вопросы методики изучения электромагнитного поля в средней школе: Автореф. дис. ...канд. пед. наук. - М . , 1960. - 12 с.

233. Шахмаев Н. М. Содержание, роль и место эксперимента в преподавании физики // Физика в школе. - 1969. - №3. - С. 53 - 57.

234. Шахмаев Н. М., Каменецкий С. Е. Демонстрационные опыты по электродинамике. - М.: Просвещение, 1973. - 352 с. 236

235. Шахмаев Н. М., Шилов В. Ф. Физический эксперимент в средней школе. Механика. Молекулярная физика Электродинамика. М.: Просвещение, 1989. - 254 с.

236. Шахмаев Н. М., Павлов Н. И., Тышук В. И. Физический эксперимент в средней школе Колебания и волны. Квантовая физика. - М.: Просвещение, 1991. - 222 с.

237. Шведов Ф. Н. Методика физики. Лекции, читаемые в Одессе осенью 1893 г., профессором Ф. Шведовым на педагогических курсах. - Одесса, 1894.-33 с.

238. Шефер Н. И., Букина И. В. Демонстрационный эксперимент по теме «Сегнетоэлектрики. Пьезоэлектрический эффект и его использование в технике» // Физика в школе. - 2000. - №7. - С. 54 - 59.

239. Шибаев А. Ф. Педагогические принципы и практика конструирования школьных демонстрационных приборов по физике (раздел «Электричество»). - М.,1975. - 150 с.

240. Шилов В. Ф. Зеркальный гальванометр в демонстрационных опытах по термодинамике // Физика в школе.*^ 1996. - №5. - С. 52 - 55.

241. Шилов В. Ф. Проблемы и перспективы фронтального лабораторного эксперимента // Физика в школе. - 2000. - №4. - С. 45 - 50.

242. Шмелькова Л. В. Технологизация образовательного процесса. Учебно-методическое пособие. - Курган: ИПК, 2002. - 144 с.

243. Шпрокхоф Г. Эксперимент по курсу элементарной физики, Ч. IV, Электричество. - М.: Учпедгиз, 1961. - 257 с.

244. Эсаулов А. Ф. Активизация учебно-познавательной деятельности

студентов: Наз^но-методическое пособие. — М.: Высшая школа, 1982. — 223 с.

245. Эсаулов А. Ф. Психология решения задач. - М.: Высшая школа, 1972.-216 с.

246. Эсаулов А. Ф. Проблемы решения задач в науке и технике. - Л.: ЛГУ, 1979.-200 с.

247. Эсаулов А. Ф. Диалектика технической мысли: Закономерности технического творчества. - Красноярск.: Краен, ун-т, 1989. - 161 с.

248. Юськович В. Ф. и др. Политехническое обучение в преподавании физике: Пособие для учителей. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Изд-во Академии пед. наук РСФСР. - 1987. - 328 с.

250. Якиманская И. С. Развивающее обучение. -М.5 Педагогика, 1979. - 144 с.



Самые низкие цены на курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации!

Предлагаем учителям воспользоваться 50% скидкой при обучении по программам профессиональной переподготовки.

После окончания обучения выдаётся диплом о профессиональной переподготовке установленного образца (признаётся при прохождении аттестации по всей России).

Обучение проходит заочно прямо на сайте проекта "Инфоурок".

Начало обучения ближайших групп: 18 января и 25 января. Оплата возможна в беспроцентную рассрочку (20% в начале обучения и 80% в конце обучения)!

Подайте заявку на интересующий Вас курс сейчас: https://infourok.ru/kursy

Краткое описание документа:

Основой познания электротехники и ее дальнейшего развития является эксперимент. Вполне понятно, что эксперименту должно уделяться первостепенное внимание. Совершенствование физического эксперимента - одна из важнейших задач методики электротехники, которое должно идти как по линии модернизации классических опытов, так и по линии разработки новых экспериментов (демонстрационных и лабораторных). Обучающиеся должны понимать, как добываются научные знания. Если этого нет, то речь может идти только о запоминании, но не овладении знаниями.

Признавая важность демонстрационного эксперимента, следует отметить и то, что он должен выполнять не только обучающую, но и развивающую функцию, т. е. способствовать активизации мышления, наблюдательности, развитию творческого воображения обучающихся.  

Автор
Дата добавления 17.03.2015
Раздел Русский язык и литература
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров1724
Номер материала 446760
Получить свидетельство о публикации

УЖЕ ЧЕРЕЗ 10 МИНУТ ВЫ МОЖЕТЕ ПОЛУЧИТЬ ДИПЛОМ

от проекта "Инфоурок" с указанием данных образовательной лицензии, что важно при прохождении аттестации.

Если Вы учитель или воспитатель, то можете прямо сейчас получить документ, подтверждающий Ваши профессиональные компетенции. Выдаваемые дипломы и сертификаты помогут Вам наполнить собственное портфолио и успешно пройти аттестацию.

Список всех тестов можно посмотреть тут - https://infourok.ru/tests


Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх