Исследовательские задания на уроках физики

Исследовательские задания на уроках физики

Склонность к исследованиям свойственна всем детям. Неутомимая жажда новых впечатлений, любознательность, постоянное стремление экспериментировать – это индикаторы детской одаренности.

Под исследовательской деятельностью понимается деятельность учащихся, связанная с решением учащимися творческой, исследовательской задачи с заранее неизвестным решением (в отличие от практикума, служащего для иллюстрации тех или иных законов природы) и предполагающая наличие основных этапов, характерных для исследования в научной сфере, нормированную исходя из принятых в науке традиций: постановку проблемы, изучение теории, посвященной данной проблематике, подбор методик исследования и практическое овладение ими, сбор собственного материала, его анализ и обобщение, собственные выводы. Любое исследование имеет подобную структуру. Такая цепочка является неотъемлемой принадлежностью исследовательской деятельности, нормой ее проведения.

Систематическая и целенаправленная работа по формированию исследовательских умений учащихся дает возможность приобщить их к научному поиску, научить излагать свои мысли на бумаге, вести публичную дискуссию, отстаивать собственные выводы. А значит сделать обучение более эффективным и отвечающим современным требованиям.

Нужно стремиться сообщать ученику не только новые знания, но и помогать ему глубже и лучше познать то, что он уже знает, то есть сделать "живыми" уже имеющиеся у него основные научные сведения, научить сознательно ими распоряжаться, пробудить желание применить их. Успех обучения выражается в сформированности способности мыслить, а мыслить человек начинает тогда, когда у него возникает потребность что-либо понять.  Интерес проявляется тогда, когда задача затрагивает реальный мир, жизненные ситуации, встречающиеся каждому человеку.

Задачи привития интереса учащихся к физике расширение и углубление их  знаний и преставлений  о связи  физики с жизнью в учебно-исследовательской работе могут решаться по-разному. При большом разнообразии работы, деятельность учащихся чаще всего строится либо на теоретической основе - подготовка докладов, составление рефератов, решение задач, либо практическое изготовление моделей, приборов, наглядных пособий или учебно-исследовательской работы.

Разумеется, определение этих заданий как исследовательских, имеет несколько условный характер, так как возможность школьного кабинета физики и уровень подготовленности учащихся даже в старших классах делают задачу проведения физических исследований не выполнимой. Поэтому к исследовательским, творческим следует отнести те задания, в которых ученик может открыть новые, неизвестные  для него закономерности или для решения которых, он должен сделать какие-то изобретения. Такое самостоятельное открытие известного  в физике закона или изобретение способа измерения физической величины не является простым повторением известного. Это открытие или изобретение, обладающее лишь субъективной новизной, для ученика является объективным доказательством его способности к самостоятельному творчеству, позволяет приобрести необходимую уверенность в своих силах и способностях.

Не прожитое деятельностно знание мертво и бесполезно. Важнейшим побудителем любой деятельности является интерес. Для того чтобы он возник, ничего нельзя давать учащимся в «готовом виде»: все (или почти все) знания и умения учащиеся должны добывать в процессе их личного труда – индивидуального или в малых группах.

Физика – наука экспериментальная. В основе её лежат наблюдения и опыты, и организация исследовательской деятельности учащихся при изучении физики – необходимый фактор, позволяющий повысить интерес  к физической науке, сделать её увлекательной, занимательной и полезной и осознать, что  физика – это не страшно, физика – это интересно.

Для успешной исследовательской деятельности необходимо выработать у учащихся элементарные навыки этой работы и пробудить интерес к исследовательской работе.

Оглянувших вокруг, можно найти много вопросов, требующих исследований.

                 Например:                              

·        Почему пищит комар?

·        Почему овощи и фрукты быстрее высыхают в вакууме?

·        В чём причина полярных сияний?

·        Через какое время после того, как в цепи пошёл ток, лампочка начинает светиться?

Поиск ответов на такие вопросы заставит учащихся обратиться к дополнительной литературе, учебнику. Что ж, этого нам и надо, ведь и физики – профессионалы пользуются чужими результатами и редко начинают работу на пустом месте.

 Исследовательская деятельность учащихся многогранна и организую её на любом этапе обучения физике:

·        При изучении физической теории;

·        При решении задач;

·        При проведении демонстрационного эксперимента;

·        При выполнении лабораторных работ.

          А также провожу:

·        Исследования в рассказах;

·        Исследования практических вопросов;

·        Исследования с помощью самодельных приборов;

·        Исследования дома и на улице;

·        Проектную исследовательскую деятельность учащихся.

Моя задача – помочь ученику найти себя, сделать первое и самое важное открытие – открыть свои способности, а может быть, и талант. 

В частности, я на уроках физики ребятам предлагаю изобретательские, исследовательские задачи, задачи-открытия, задачи с недостатком и избытком данных. Предлагаю ребятам творческие задания, такие как: 1) определение закономерностей по предложенным фактам; 2) исправление ошибок; 3) сравнение; 4) установление причин явлений; 5) составление плана изучения или исследование системы; 6) решение противоречий и др. Вот некоторые из них:

Пример 1

Оценить проект Сирано Де Бержерака "Как достичь Луны" (Э.Ростан "Сирано Де Бержерак").

Я изобрел шесть средств 
Подняться в мир планет! 
...Сесть на железный круг 
И, взяв большой магнит, 
Его забросить вверх высоко, 
Докуда будет видеть око, 
Он за собой железо приманит, - 
Вот средство верное! 
А лишь он вас притянет, 
Схватить его и бросить вверх опять, - 
Так поднимать он бесконечно станет!

Пример 2

Пусть каждый ученик вашего класса — молекула, а все вы вместе — скопление молекул. Что напоминает это скопление — газ, жидкость, твердое тело? Почему? Покажите, как расположены и ведут себя молекулы в газе, в жидкости, в твердом теле?

Представьте, что каждый из Вас – проводник. Создайте электрическую цепь из последовательно (параллельно) соединенных проводников.

Пример 3

Найдите вес воздуха в Вашей комнате, его массу (экспериментальная задача)

Исследуйте зависимость между силой тока, напряжением при параллельном соединении проводников.

Пример 4

Найдите ускорение свободного падения на планете Юпитер. (Задача с недостающими данными).

Пример 5

В «черном ящике» имеется три резистора с сопротивлением: 5 Ом, 5 Ом, 1 Ом. Как соединены эти резисторы?

Для развития творческих способностей предлагаю качественные задачи исследовательского типа. Суть каждой задачи заключается в том, что необходимо предсказать, как будет протекать физическое явление, и ответить на вопрос: почему так произошло?

Например: По улице мимо колледжа проехал тяжелый транспорт. В окнах задребезжали стёкла. Почему это произошло?

В процессе решения таких задач прививается навык наблюдательности и умение различать физические явления в природе, быту, технике, а не только в кабинете физики. В задачах такого типа на обыденных жизненных примерах хорошо показано применение изучаемого материала.

Чудеса на кухне. Хозяйка помыла стаканы горячей водой и поставила их вверх дном на пластиковую поверхность стола. Стаканы почему-то поползли по столу. Что это? Очередная шутка Барабашки или закономерное физическое явление? В обоих случаях оцените эффект количественно.

Еще пример: Допустим, вы только что приготовили чашечку черного кофе, но до начала занятий осталось еще пять минут. Если вы хотите принести кофе в класс возможно более горячим, вам следует решить, когда наливать в кофе сливки: сейчас или уже в классе? Когда лучше класть сахар? Когда и как долго размешивать его? Если вы не хотите размешивать, то стоит класть в чашку ложку или нет? Имеет ли значение, какая у вас ложка — пластмассовая или металлическая? Изменился ли бы ваш ответ, если бы сливки были не белыми, а черными? Зависит ли ответ от цвета чашки? Попытайтесь подкрепить свои рассуждения хотя бы простейшими расчетами.

 Для ответа на вопрос необходимо использовать логическую план-схему, которая содержит связанные между собой тезисы (предположения), образующие цельный рассказ. Схема позволяет учащемуся действовать не стихийно, а осмысленно, логически.

План-схема логического ответа на вопрос качественной задачи:

Я предполагаю (моя гипотеза, предсказание, что:).

Я основываюсь на модели (моя гипотеза, предсказание, что:).

Рассуждения, на основе которых выдвинута гипотеза или сделано предсказание.

Что я предлагаю сделать для проверки предположения (идеи, замысла).

Мне необходимы приборы и материалы.

План моих действий.

Использование таких задач способствует более глубокому пониманию физики. В процессе их решения прививается навык наблюдательности и умение различать физические явления в природе, быту, технике, а не только в кабинете физики.

В задачах такого типа на обыденных жизненных примерах хорошо показано применение изучаемого материала.

Например: С давних пор по неведомым причинам предпочтение отдается чугунным сковородкам перед стальными. Все повара − и профессионалы, и любители − в один голос клянутся, что в чугунной посуде пища прожаривается более равномерно и меньше пригорает. Есть ли этому какое-то физическое обоснование?

Почему донышки некоторых форм для пирогов зачернены? Если вы решили сами испечь пирог и хотите, чтобы он поджарился снизу, то вам лучше воспользоваться сковородкой из термостойкого стекла, а не из металла. Если же вы располагаете только металлической формой, то вам следует отдать предпочтение зачерненной форме перед блестящей. Почему? Теоретически вы, наверное, уже знаете, как ответить на этот вопрос. Но правы ли вы? Попробуйте проверить на простых опытах.

В задачах поставлен вопрос, ответ на который не содержится в учебнике в готовом виде. Учащийся должен составить ответ на задачу, синтезируя данные условия задачи и свои знания по физике. Решение таких задач развивает смекалку и сообразительность ребят.

В основе заданий такого типа лежит метод научного прогнозирования. В процессе прогнозирования совершенствуются умения наблюдать и сравнивать, анализировать и синтезировать, оперировать усвоенными знаниями в измененных не стандартных ситуациях, доказывать, логически рассуждать, делать обобщения и выводы практического и теоретического характера.

Творческие задачи. Решение творческих задач возможно на этапе закрепления знаний. После изучения темы «Оптическая сила линзы» можно предложить такую задачу: «Вот видите, старина! - вскричал Гедеон Спилет. - Огонь, настоящий огонь, на котором прекрасно изжарится эта чудесная дичь. - Но кто... зажег его? - спросил Пенкроф». Каким образом был зажжен огонь, что для этого потребовалось?  На демонстрационном столе предложены варианты ответов: зеркала (плоское, выпуклое, вогнутое), плоскопараллельная пластина, призма, линзы (собирающая, рассеивающая). Для ответа на вопрос обучающиеся предлагают варианты, вспоминая свойства изображений, даваемых данными приборами. По окончании обсуждения вариантов можно выдвинуть предположение о том, что это может быть собирающая линза. Здесь уместен провокационный вопрос: «Любая ли собирающая линза способна зажечь огонь?» Практика показывает, что почти в каждом классе найдутся несколько человек, которые, зная, что линзы по-разному изменяют изображение, по аналогии скажут, что линза должна иметь достаточно большой диаметр. Далее им предлагается на практике проверить свое утверждение экспериментально с помощью модели линзы, проанализировать результаты опыта, сделать выводы.

Исследования при заполнении таблиц. Газовые законы.

Постоянная величина	Название изопроцесса	Связь величин	График изопроцесса	Название изопроцесса
T	Изотерма	P1 V1=P2V2		Бойля -Мариотта
Первый закон термодинамики
Изопроцесс	Постоянный параметр	Первое начало термодинамики	Анализ значений
Изохорный	V	A=откв V=0 Q= ∆ U	Q › 0 ∆ U › 0  Q ‹ 0 ∆ U ‹ 0

Исследовательская деятельность обучающихся, эксперименты, конструирование.

До начала изучения темы задаю небольшие домашние задания экспериментального характера с предметами, материалами, телами, хорошо знакомыми в повседневной жизни. Например, "Попробуйте переместить шарик для настольного тенниса с кухонного подоконника на стол, используя при этом только бокал, и не беря шарик в руки. Объясните это явление", "Вырастите, кристалл поваренной соли или медного купороса. Исследуйте данный процесс", "Попробуйте шариковой ручкой написать записку родителям (письмо другу) на промасленной бумаге. Что происходит? Почему?", "Пустую пластиковую бутылку, закрытую крышкой, на некоторое время поместите на холод, затем - обратно, в тепло. Понаблюдайте за происходящим. Объясните это явление".

Часто ребятам предлагаю в домашних условиях изготовить физический прибор, используя подручные средства.

Домашние задания исследовательского характера позволяют ребятам делать для себя небольшие открытия, активно использовать свои знания на практике, а часто, приобретать новые знания, умения и навыки. Обсуждение результатов домашних экспериментов создает творческую атмосферу в группе, включает в работу всех ребят, формирует у них положительную мотивацию к получению знаний.

Работа над учебно-исследовательскими проектами очень популярна в последнее время как один из способов развивающего обучения. На начальном этапе предлагаю разработать учебный демонстрационный опыт. Учащийся в этом случае занимается не только несколькими видами деятельности по учебному предмету (поиск информации, выбор темы, постановка физического эксперимента, анализ физического явления), но и закрепляет умения и навыки, полученные на уроках черчения, технологии, информатики и информационных технологий (создание компьютерной презентации, преобразование фото- и видеоматериала). Отрабатываются и развиваются общие учебные навыки – умение работать с информацией, умение правильно выстроить презентацию и свой устный рассказ, умение свести, в конечном итоге, результаты своих действий в логически законченную работу.
Каждое выступление учащихся на уроке вызывает неподдельный интерес, внимание и часто восторг по поводу увиденного, плюс к этому сразу же следует информация – почему так происходит, в чём секрет эксперимента. Я не ограничиваю учащихся в выборе темы, довольно часто опыты, показанные на уроке, опережают её изучение, но ученики и в этом случае правильно и достаточно понятно объясняют суть явления. Все видеоролики, снятые учащимися для своего проекта, поступают в коллекцию видеоматериалов кабинета и используются на уроках. Для правильного выполнения задания необходимо очень точно сформулировать единые требования к содержанию и порядку изложения и добиваться их выполнения.

Заключение

Можно сделать вывод, что использование на уроках перечисленных выше методов повышает качество обучения, вызывает интерес к предмету и способствует развитию творческих способностей обучающихся.

 По словам замечательного педагога В.А. Сухомлинского, дети должны жить в мире красоты, игры, сказки, музыки, творчества.

Развитие творческих способностей и интереса к учению - важная задача образования. Этот процесс пронизывает все этапы развития личности ребенка, пробуждает инициативу и самостоятельность принимаемых решений, привычку к свободному самовыражению, уверенность в себе, способствует достижению цели современного образования - воспитание компетентного выпускника, т.е. создает условия для оптимального развития способностей студента к дальнейшему самообразованию и совершенствованию.

Исследовательская работа – это активная теоретическая и практическая деятельность учащихся, которая будоражит мысль, формирует подвижность ума, приучает к творческому и критическому осмыслению знаний.

Систематическая и целенаправленная работа по формированию исследовательских умений учащихся дает возможность приобщить их к научному поиску, научить излагать свои мысли на бумаге, вести публичную дискуссию, отстаивать собственные выводы. А значит сделать обучение более эффективным и отвечающим современным требованиям.