Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Физика / Другие методич. материалы / Тема "Эксперимент в естественных науках"

Тема "Эксперимент в естественных науках"


  • Физика

Поделитесь материалом с коллегами:

Учитель физики МБОУ «Полевской лицей»

Курского района, Курской области Филатова И.В. доклад: «эксперимент в естественных науках»





МБОУ «Полевской лицей»



















Эксперимент в естественных науках

Доклад подготовила учитель физики

Филатова И. В.













1

Характерная черта научного мышления это доказательство. Эксперимент для наук естественного цикла является важнейшим способом доказательства справедливости гипотез, теорий. Эксперимент - основа естествознания.

Современная физика обладает большим многообразием методов исследований, среди которых эксперимент – наиболее эффективное и действенное средство познания. Для современного эксперимента характерны 3 основные особенности:

Возрастание роли теоретической базы эксперимента. Эксперименту предшествует довольно часто теоретическая работа, концентрирующая громадный труд большого числа теоретиков и экспериментаторов, если говорить о фундаментальных науках.

Сложность технического оснащения эксперимента. Такие эксперименты, как правило, проводятся с применением многофункциональной электронной аппаратуры, высокочувствительными приборами, высокоточными преобразователями. Большинство экспериментальных установок представляет собой полностью замкнутую систему автоматического регулирования, в которой технические средства обеспечивают заданные условия эксперимента с вполне определённой точностью, регистрируют промежуточные экспериментальные результаты и производят последовательную их обработку.

Масштабность современных экспериментов. Современные экспериментальные установки представляют сложные объекты. Например: адронный коллайдер, ядерный реактор. Строительство таких объектов требует больших затрат. Сами экспериментальные объекты могут оказать активное воздействие на окружающую среду.

Эксперимент часто включает операции наблюдения, приводящие не только к качественным, описательным, но и к количественным результатам, требующим дальнейшей математической обработки. С этой точки зрения, эксперимент - разновидность практического действия, с целью получения знания. В процессе экспериментального естественно – научного исследования в контролируемых и управляемых условиях изучаются многообразные свойства и явления природы.

2

Отличаясь от простого наблюдения активным воздействием на изучаемый объект, в большинстве случаев эксперимент осуществляется на основе той или иной теории определяющей постановку экспериментальной задачи и интерпретацию результатов. Нередко основная задача эксперимента – проверка гипотез и предсказание теории имеющих фундаментальное и прикладное значение.

Многие экспериментальные исследования направлены на отработку технологий изготовления новых видов разнообразной высококачественной продукции. В этом проявляется практическая направленность эксперимента, как прямого пути совершенствования технологического цикла. Например, создание полимеров. Создание различных типов лазеров.

Экспериментальные средства по своей сути не однородны; их можно разделить на три основные отличающиеся фундаментальным назначениям системы:

Содержащую исследуемый объект с заданными свойствами;

Обеспечивающую воздействие на исследуемый объект.

Сложную приборную измерительную систему.

В зависимости от экспериментальной задачи данные системы играют важную роль.

Чем сложнее экспериментальная задача, тем острее стоит вопрос чистоты эксперимента и достоверности полученных результатов. Можно назвать четыре пути решения данного вопроса:

Многократное повторение измерений;

Совершенствование технических систем и приборов; повышение их точности, чувствительности и разрешающей способности;

Более строгий учёт основных и неосновных факторов, влияющих на исследуемый объект.

Предварительное планирование эксперимента, позволяющее наиболее полно учесть специфику исследуемого объекта и возможности приборного обеспечения

3.

Чем чище поставлен эксперимент, чем тщательнее предварительно проанализированы все особенности исследуемого объекта и чем чувствительнее приборы, тем точнее экспериментальные результаты и тем ближе они соответствуют естественно - научной истине. В любом естественно – научном эксперименте можно видеть три основных этапа:

Подготовительный этап;

Получение экспериментальных данных;

Обработка результатов и их анализ.

Подготовительный этап обычно включает теоретическую проработку проведения эксперимента, его планирование, подготовку исследуемого объекта, конструирование и создание технической базы, включающей приборное обеспечение. На хорошо подготовленной экспериментальной базе полученные данные, как правило, легче поддаются сложной математической обработке. Анализ результатов эксперимента позволяет оценить тот или иной параметр исследуемого объекта и сопоставить его либо с соответствующим теоретическим значением либо с экспериментальным значением, полученным другими техническими средствами, что очень важно при определении правильности и степени достоверности полученных результатов.

Теоретические предпосылки эксперимента

Взаимная обусловленность эмпирических и теоретических знаний вряд ли вызывает сомнение. Современные эксперименты и теория настолько переплетены, что однозначно ответить на вопрос, какое из данных знаний можно рассматривать в качестве абсолютного начала естественно – научного познания, практически не представляются возможным, хотя можно привести многочисленные примеры научных изысканий, когда эмпирические начала предвосхищают теорию и наоборот. Анализ соотношения эмпирического и теоретического начал актуален и по сей день.

В теоретические исследования всё больше внедряются абстрактные разделы математики, и многие теоретические расчёты выполняются с помощью мощных вычислительных средств.

4.

Экспериментальное исследование развивается за счёт внедрения новых методов с применением сравнительно сложных технических средств. Эксперимент приобретает гигантские масштабы.

Вместе с тем возрастает и роль его теоретического обеспечения.

Можно говорить о теоретической обусловленности современных экспериментальных исследований.

На всех этапах экспериментального исследования важна мыслительная деятельность экспериментатора, которая чаще всего носит философский характер. Решая, например, вопросы: что такое электрон, является ли он частицей, которую можно наблюдать или преобладают волновые свойства, приходится касаться философских вопросов.

В эпоху становления физики как науки учёные руководствовались общими философскими представлениями о единстве и родстве материальных объектов и явлений природы. Галилей, как основоположник научного метода познания природы, основывающегося на экспериментах, закладывая основы классической механики, опирался на общую модель единства мира. Он описывал движение небесных тел, как земных. Эксперимент с падением тел с Пизанской башни позволил открыть законы механики. Проведение аналогичных упрощённых опытов позволяет ученикам делать логические предпосылки анализа закона всемирного тяготения о пропорциональности силы тяготения массе взаимодействующих тел. Метод Галилея подтолкнул учёных к более тщательному исследованию в частности, различных форм механического движения, в результате чего были открыты классические законы механики. Философская идея о материальном единстве мира, способствовала открытию Эрстеда связи электричества и магнетизма. Максвеллу создания полной теории электродинамики. Теория была подтверждена в опытах Герца, Лебедева.

В современных условиях особенно возрастает роль теоретической работы на подготовительном этапе эксперимента, на каждой операции его по – разному включаются процедуры исследований.

Можно назвать 4 основные операции подготовительного этапа эксперимента.

5

- постановка задачи эксперимента и выдвижение гипотетических вариантов её решения.

-разработка программы экспериментального исследования;

-подготовка исследуемого объекта и создание экспериментальной установки.

-качественный анализ хода эксперимента и корректировка программы исследования и приборного обеспечения.

При кажущейся случайности эмпирические открытия вписываются во вполне

определённую логическую схему, отправным элементом которой выступает противоречие между известным теоретическим знанием и новыми эмпирическими данными. Такое противоречие и является логическим основанием вновь возникшей проблемы – своеобразной границы между знанием и незнанием – первого цикла осмысления неизвестного. Следующий шаг выдвижение гипотезы как возможного решения проблемы.

Выдвинутая гипотеза вместе с выводимыми из неё следствиями служит основой, определяющей цели, задачи, и практические средства эксперимента. В одних случаях при сложившейся теоретической схеме гипотеза может обладать высокой степенью достоверности. Такая гипотеза жестко задаёт программу эксперимента и нацеливает его на поиск теоретически предсказанного результата. В других случаях, когда теоретическая схема только – только зарождается, степень достоверности гипотезы может быть невысокой. При этом теория лишь эскизно задаёт схему эксперимента, увеличивается число проб и ошибок.

На подготовительной стадии эксперимента огромную роль играет изобретательская и конструкторская работа как научный творческий процесс Успех любой экспериментальной работы во многом зависит от прозорливости экспериментатора, глубины и абстрактности мышления, оригинальности решения технических задач, способности к изобретательской деятельности, представляющей собой последовательный целенаправленный переход от теоретического знания к практическому поиску.

6

Таким образом, хотя эксперимент основывается на практической деятельности, но будучи естественнонаучным методом познания действительности, он включает логические средства, гармоничное сочетание которых и позволяет успешно решить поставленную задачу.

« Мы считаем, что один из наиболее ценных уроков физики – это её метод, основанный на наблюдении и опыте…» С.П.Капица

Интерес учеников проявляется к предмету больше всего при проведении экспериментов. Для школьников на первой ступени обучения физики можно предложить следующие доступные опыты с элементами исследования.

1.Изучить взаимодействие магнита с различными предметами.

2.Пронаблюдайте падение капель кипячёной воды в растительном масле.

Сделайте вывод отличия движения капель в воздухе.

3.Измерьте толщину листа учебника физики.

4.Измерьте высоту школьного здания.

5.Рассмотрите в лупу кристаллики поваренной соли и сделайте вывод.

6.Измерьте скорость своей ходьбы и бега.

7.Измерьте плотность сливочного масла, сахарного песка и соли.

8.Изготовьте динамометр.

9.Определите коэффициент трения скольжения кроссовок о лёд и снег.

10.Измерьте давление стула на пол.

11.Сконструируйте фонтан из пластиковой бутылки и резиновой трубки.

12.Сконструируйте поилку для птиц.

13.Проведите опыты, доказывающие существование атмосферного давления.

14.Исследуйте, какие тела плавают в воде, масле, а какие тонут.

15. Подберите набор жидкостей трёх видов плавающих одна в другой.

7

16. Сконструируйте установку из подвижного и неподвижного блоков. доказывающего возможность изменения направления и выигрыш силы.

17.Используя предметы домашнего обихода, сконструируйте рычажные весы.

18.Найдите центр тяжести листа картона оклеенного бумагой в клетку.

19.Оцените работу и мощность при вашем подъёме на третий этаж.



Для школьников тенденция повышения точности измерения и применение математических знаний становится актуальной.

Рассмотрим, как в приближённых вычислениях применяется дифференциальное исчисление. Производной функции в точке х называется предел отношения приращения функции игрек к приращению аргумента при стремящемся к нулю приращении аргумента.

Приращение аргумента называют также дифференциалом независимой переменной и обозначают через dx. Функция, имеющая производную в точке х, называется дифференцируемой в данной точке. Дифференцируемость функции в точке х равносильна тому, что приращение функции у в этой точке представимо в виде ∆y=f/(x)dx+0(dx) ( второе слагаемое обозначает бесконечно малую более высокого порядка по сравнению с dx при dx стремящемся к нулю). Если функция дифференцируема в точке х, то она непрерывна в этой точке. Обратное утверждение неверно из непрерывности функции не следует её дифференцируемость. Функция называется дифференцируемой (непрерывно дифференцируемой) на некотором множестве (интервале, отрезке, и т. п.), если в каждой точке х, принадлежащей области определения, существует (непрерывная) производная f/(x).

Дифференциал Dy функции y=f(x) - это главная часть f/(x)dx приращения ∆y функции в точке x, так, что ∆y=dy+0(dx).





8

Приближённое равенство ∆у приближённо равен dy или f(x+∆x)приближённо равна f(x)+f/(x)∆x (при малых ∆ x) используется в приближённых вычислениях. ∆yf/(x)d(x).

Ydy, f(x+x)≈ f(x)+f/(x) dx .

В действующих школьных учебниках уже применяют метод вычисления дифференциалов для вычисления абсолютной погрешности. В физике 9 класса, автор Пёрышкин А.В. при вычислении абсолютной погрешности скорости в лабораторной работе: исследование равноускоренного движения без начальной скорости: ∆v=at +ta . В 11 классе, авторы Мякишев Г.Я. и другие, в лабораторной работе, определение фокусного расстояния и оптической силы линзы, при вычислении абсолютной погрешности оптической силы линзы. D=∆d/d2+∆f/f2. ( D=1/d+1/f).

Альберт Эйнштейн писал: «На первой ступени обучения физике надо вообще исключить всё, кроме экспериментальной стороны, представляющей наглядный интерес. Красивый эксперимент сам по себе гораздо ценнее, чем тридцать формул, добытых в реторте отвлечённых мыслей».

Актуальность эксперимента при обучении физике заключается в том, что позволяет не только развивать практические умения, логическое мышление, самостоятельность, смекалку, учит анализировать наблюдаемый процесс, оценивать результаты, но и получать практические умения, которые в дальнейшем ученики могут использовать в будущих профессиях и повседневной жизни и способствовать развитию исследовательских способностей.




















Автор
Дата добавления 13.08.2016
Раздел Физика
Подраздел Другие методич. материалы
Просмотров464
Номер материала ДБ-155741
Получить свидетельство о публикации

Похожие материалы

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