1. М Е Т О Д И К А И Т Е Х Н И К А П Р О В Е Д Е Н И Я

Д Е М О Н С Т Р А Ц И О Н Н Ы Х О П Ы Т О В .

1. Требования, предъявляемые к технике проведения демонстрацион­ных опытов

Школьный физический эксперимент позволяет опытным путем раскрывать сущность изучаемых явлений и процессов. Выделяют сле­дующие виды учебного физического эксперимента: демонстрационные опыты, кратковременные лабораторные работы, фронтальные лабора­торные работы, работы физического практикума, факультативный эксперимент, домашние опыты и наблюдения. Материальным обеспе­чением физического эксперимента является оборудование (приборы, принадлежности, приспособления, материалы), выпускаемое промыш­ленностью и частично изготовляемое в условиях школы.

Демонстрационный эксперимент, выполняемый преимущественно учителем перед учащимися, направлен на формирование у школьников представлений о явлениях, процессах, законах, понятиях, устройс­тве и действии приборов и установок.

Методика демонстрационного эксперимента решает вопрос оп­тимального выполнения опыта, подготовленного и отработанного в техническом отношении, т.е. выясняет, как с минимальной затратой времени на демонстрацию опыта и опорой на дидактические принципы обучения добиться его максимального воздействия на учащихся. Методика демонстрационного эксперимента включает в себя методику постановки демонстрационного эксперимента и методику его проведения.

Под методикой проведения демонстрационного эксперимента понимают средства и приемы, обеспечивающие эффективную постанов­ку опыта, т.е. создание таких условий, при которых опыт хорошо виден со всех мест класса, когда в установке умело выделено главное. Эффективность опыта достигается при соблюдении опреде­ленных требований. К ним относятся: содержательность, достовер­ность, видимость, наглядность, убедительность, кратковремен­ность, воспроизводимость, надежность, эстетичность, эмоциональ­ность, соблюдение техники безопасности.

С о д е р ж а т е л ь н о с т ь предполагает подбор при­боров и создание таких условий, которые позволяют в полной мере раскрыть сущность явления. Например, при изучении равноускорен­ного движения можно продемонстрировать опыт по скатыванию тележки вдоль наклонной плоскости, однако без измерения скорости че­рез равные промежутки времени такой опыт не раскрывает главного признака равноускоренного движения. Следовательно, в данном слу­чае не выполняется требование содержательности. (Как сделать данный опыт содержательным?)

Д о с т о в е р н о с т ь определяет однозначность, опре­деленность, истинность результатов постановки опыта, отражающих в наблюдениях именно то, что изучается, т.е. достоверность озна­чает постановку такого варианта опыта, результат которого не вы­зывает сомнений.

В и д и м о с т ь предполагает создание таких условий, которые позволяют каждому ученику класса видеть не только уста­новку, но и ее существенные детали.

Н а г л я д н о с т ь – это требование, при котором сущ­ность наблюдаемого явления раскрывается в наиболее яркой, совер­шенной и очевидной форме. Основное содержание опыта должно быть выражено более простыми средствами и приемами, а изменения, ха­рактеризующие состояние изучаемого объекта, достаточно хорошо наблюдаемы.

У б е д и т е л ь н о с т ь – это требование к демонстра­ции опыта, который не может привести к неверному толкованию. Опыт должен выполняться только "чисто", чтобы не было сомнений ни по его фрагментам, ни по выводам.

К р а т к о в р е м е н н о с т ь предполагает определе­ние оптимального времени демонстрации опыта, а также сведения до минимума времени выполнения опыта. Кратковременность достигается тщательной предварительной подготовкой и многократной отработкой последовательности движений учителя. Удовлетворить требованию кратковременности можно только в том случае, если с точностью до нескольких секунд согласовать объяснение нового материала с про­цессом, наблюдаемым при демонстрации.

В о с п р о и з в о д и м о с т ь означает непременное неоднократное повторение опыта. Здесь следует различать два ас­пекта. Первый - воспроизведение опыта в том же варианте, в каком он был продемонстрирован первоначально; второй - это повторение опыта в несколько измененном варианте. Вариативность опыта спо­собствует более глубокому раскрытию сущности изучаемого явления или процесса, помогает создать условия для сравнений и сопостав­лений.

Н а д е ж н о с т ь эксперимента предполагает его успех во время демонстрации. Надежность обеспечивается тщательной предварительной подготовкой. Нарушение требования надежности ча­ще всего связано с неисправностью приборов или принадлежностей, плохой подготовкой элементов установки, нарушением эксплуатаци­онных режимов приборов.

Э с т е т и ч н о с т ь предусматривает изящное, красивое оформление установки и рациональное (в определенном смысле ар­тистичное) выполнение опыта. Изящность оформления достигается путем умелого подбора и расположения приборов, подчиняющегося определенной логике, путем применения различных вспомогательных средств (подкра­шивание, подсвечивание и т.д.). Требование эстетичности будет нарушено, если в установке применены провода без наконечников, одни приборы поставлены на другие, выставлены плохо окрашенные приборы или они расставлены в беспорядке и т.д. При рациональной постановке опыта демонстратор умело руководит вниманием учащих­ся, привлекая его к той или иной детали установки или процесса, без навязчивости и без лишних движений. Вообще говоря, в каждом конкретном случае движения нужно предварительно отрабатывать.

Э м о ц и о н а л ь н о с т ь отражает результат воздейс­твия демонстрируемого опыта на психику учащихся, она выражается в том впечатлении, которое оказывает демонстрация. Опыт призван вызвать первоначальный интерес учащихся. Не следует ставить опы­ты, которые оказывают на них отрицательное эмоциональное воз­действие.

С о б л ю д е н и е т е х н и к и б е з о п а с н о с ­т и является обязательным условием при любых демонстрациях: при работе с электрическими установками, источниками тепла и излуче­ния, с реактивами. Необходимо соблюдать меры, обеспечивающие бе­зопасность выполнения опытов, исключающие механические поврежде­ния, ожоги, поражения током и прочие травмы человека. Электри­ческий ток порядка 1 мА уже ощущается человеком и оказывает на него отрицательное воздействие, а сила тока порядка 0,1-0,01 А может быть смертельна.

Основные меры безопасности при сборке электрических цепей следующие:

• соединительные провода должны иметь наконечники, снабжен­ные предохранительными изоляционными чехлами, а изоляцию без повреждений;

• сборку и разборку, внесение изменений в цепь можно произ­водить при отключенном источнике питания (источник тока подклю­чают в последнюю очередь);

• при сборке цепей следует избегать пересечения проводов;

• для подключения установок к сети переменного тока напря­жением 220 В нужно пользоваться только штепсельными сое­динениями;

• нельзя прикасаться к элементам цепи, лишенным изоляции и находящимся под напряжением; нельзя прикасаться к за­жимам отключенного конденсатора;

• обнаружив неисправность, необходимо немедленно отключить источник питания;

• каждую собранную электрическую установку перед включением в сеть необходимо показать преподавателю или лаборанту.

• нельзя применять электронагревательные приборы с открытым нагревательным элементом. Перед работой с электронагревательными приборами необходимо убрать с рабочего места легковоспламеняющи­еся материалы.

• при работе с электрической дугой, кварцевой лампой необ­ходимо пользоваться защитными очками.

• нельзя касаться руками источников радиоактивного излуче­ния;

• для предохранения учащихся и учителя от возможных оскол­ков и разбрызгивания ядовитых веществ, возникающих при демонстрации разрушения тел, применяются экраны в форме прозрачных кол­паков или пластин из оргстекла.

2. Средства, повышающие эффективность демонстрационных опытов

Выполнению требований к демонстрационным опытам способс­твуют средства и приемы, позволяющие оставлять в тени несущест­венные детали установки и подчеркивать главное, существенное. К таким средствам относятся разного рода экраны, подставки, осве­тители и т.д. В практике школы нашли широкое применение белые и черные экраны. Чаще всего применяют белый экран, на фоне которо­го четко видны тела, имеющие темный цвет. Черный экран целесооб­разно применять в случае демонстрации самосветящихся тел или тел, окрашенных в светлые тона (например, для демонстрации нака­ла провода при прохождении по нему тока).

При демонстрации опытов приборы по возможности следует располагать в вертикальной или наклонной плоскости. Для этого применяют штативы, столики, скамейки, подставки. Промышленность вы­пускает подъемные столики, позволяющие поднять демонстрируемый прибор до 45 см над демонстрационным столом.

В ряде случаев появляется необходимость незначительно поднять прибор или его часть на какой-то уровень. Для этой цели служат деревянные или пластмассовые подставки в форме прямоу­гольных брусков разного размера. Нельзя подставлять книги, стоп­ку тетрадей и пр. Это противоречит требованию эстетичности и бе­зопасности.

Для акцентирования внимания учащихся на отдельных деталях демонстрационных установок применяют указатели и индикаторы.

В опытах часто используют воду. Для четкого фиксирования уровня воды и объема, который она занимает, воду лучше подкраши­вать. Хорошими средствами для этой цели служат флуоресцин, фук­син, фенолфталеин с несколькими каплями нашатырного спирта, хвой­ный концентрат, отвар столовой красной свеклы. Нецелесообразно подкрашивать воду марганцевокислым калием, чернилами, красками, так как после применения этих красителей стенки сосудов быстро загрязняются. Подкрашивание нужно делать умело и в меру.

Для подсветки и теневого проецирования применяют освети­тель теневой проекции ОТП, у которого можно регулировать расхо­димость светового пучка. Осветитель применяют в разных вариантах. Например, если нужно выделить какую-то деталь опыта, то с помощью осветителя выбирают угол расходимости пучка и место, с которого наиболее эффективно можно освещать эту деталь.

Большое значение в демонстрационном эксперименте играет микропроекция, необходимая для показа мелких деталей в демонстрируемых явлениях. Например: бро­уновское движение, рост кристаллов. Для микропроецирования можно применять оптическую скамью - ФОС-67, позволяющую располагать препараты вертикально (насосы, капилляры, сообщающиеся сосуды) или горизонтально (модель броуновского движения, модель строения магнита), этот прибор позволяет получать увеличение от единиц до нескольких десятков раз. Для получения увеличения в десятки и сотни раз применяют микроскоп, закрепляемый штырем на оптической скамье. Изображение дает объектив микроскопа, поэтому окуляр должен быть снят.

3. Умения и навыки, которыми должен владеть учитель для демонс­трации опытов

Демонстрации физических опытов позволяют учителю модели­ровать познавательную деятельность учащихся в процессе наблюдения и изучения физических явлений. С помощью физического эксперимен­та решают разные задачи обучения, к ним относится обучение наблюдению физического явления, ознакомление с научными методами исследования, введение в теорию, подтверждение выводов теории, применение физических законов на практике. Успешность выполнения демонстрационных опытов определяется при соблюдении ряда условий: знание приборов, умение собирать и выполнять опыты с соблюдением необходимых требований. Рассмотрим содержание этих условий.

Знание прибора предполагает:

• знание названия прибора и его основного назначения, принципа действия прибора и его основных узлов;

• умение по внешнему виду выделить данный прибор среди других;

• знание технических возможностей прибора, его эксплуатационных характеристик, допустимых режимов;

• умение применять прибор по назначению в сочетании с другими приборами, знание условий, позволяющих получить нужный эффект;

• умение выполнять простейший ремонт, производить замену от­дельных деталей, налаживать прибор при отклонениях от нормы.

Умение собирать установки отражает степень владения тех­никой демонстрационного эксперимента. Здесь существенным является выполнение требований, предъявляемых к демонстрационным опы­там, а также рациональное использование средств, обеспечивающих эффективность постановки опыта. Практикой выработаны определен­ные правила сборки установок, которыми целесообразно руководс­твоваться. Они сводятся к следующему:

• мысленное конструирование установки, возможно, вычерчи­вание структурной схемы, блочного чертежа расположения приборов, вспомогательного рисунка;

• отбор конкретных приборов для данного опыта;

• сборка установки: расположение на демонстрационном столе приборов в определенном логическом порядке, объединение элемен­тов установки; приборы, отражающие существенное в опыте, должны быть на переднем плане;

• проверка выполнимости требований, предъявляемых к опы­там, с учетом возможностей различных средств (при этом необходи­мо убедиться, что установка хорошо просматривается с каждого места класса);

• отработка последовательности операций, которые необходи­мо выполнять при демонстрации опыта (отрабатывая операции, сле­дует продумать текст, которым будет сопровождаться эксперимент).

Умение демонстрировать опыты, то есть владение методикой и техникой демонстрационного экспери­мента, охватывает разные стороны учебного процесса, включая дея­тельность учителя и активизацию познавательного интереса учащих­ся. При этом эксперимент может выступать в двух аспектах: при дедуктивном изложении материала он выступает в качестве критерия истины, подтверждает выводы теории, а при индуктивном подходе является основным источником знаний. И в том и в другом случае есть нечто общее:

• на демонстрационном столе не должно быть ничего лишнего, т.е. не должно быть никаких приборов, принадлежностей и прочего, не относящегося к данному опыту;

• если демонстрация сопровождается чертежом, рисунком или схемой (что чаще всего и бывает), то нужно при объяснении соотнес­ти элементы чертежа с приборами и деталями установки;

• при демонстрации опыта учитель должен находиться за де­монстрационным столом (за приборами); демонстрировать опыт нужно так, чтобы не загораживать руками детали установки;

• при необходимости нужно поднимать или поворачивать де­монстрируемые приборы;

• темп изложения при демонстрации может быть разным, срав­нительно быстрым при объяснении установки и более медленным при изложении сущности явления; паузы делают тогда, когда акцентиру­ют внимание на той или иной детали установки, на том или ином компоненте раскрываемого процесса;

• по результатам опыта (возможно, части опыта) делают чет­кий и обоснованный вывод;

• число опытов диктуется необходимостью полнее раскрыть сущность изучаемого материала; как правило, бывает достаточно двух-трех опытов.

В процессе выполнения лабораторных работ по методике и технике школьного физического эксперимента каждый студент должен овладеть следующими знаниями, умениями и навыками:

1. уметь собирать любую установку по схемам и описаниям;

2. знать назначение и правила эксплуатации основного обору­дования по физике для средних школ;

3. овладеть методикой и техникой демонстрации школьных физических опытов;

4. уметь объяснять демонстрируемые явления на уровне учителя средней школы;

5. усвоить навыки соблюдения техники безопасности при выпол­нении опытов.

На отчетном занятии студент выступает перед группой това­рищей в роли учителя, показывающего фрагмент урока объяснения нового материала, сопровождающийся демонстрацией. Критериями оценки работы студента служат:

• знание, в каком классе и разделе школьного курса расс­матривается данный вопрос, какие знания к моменту дан­ного опыта имеют учащиеся;

• охарактеризовать возможные варианты опыта;

• обосновать выбор конкретного варианта опыта, то есть по­чему, по мнению студента, выбранный им вариант дает больший эффект обучения;

• проиллюстрировать (смоделировать) фрагмент урока, то есть раскрыть и объяснить сущность явления, продемонс­трировать опыт с выполнением необходимых требований.

Задачи остальных присутствующих на отчетном занятии сту­дентов:

- выступать в роли учеников и отвечать на вопросы учителя;

- подготовить критические замечания:

1. по поведению выступающего (по манере держаться перед группой, владеть речью, интонацией и так далее);

2. по знанию выступающим фактического материала;

3. по умению применять методы обучения;

4. по выполнению требований к демонстрационным опытам;

5. по умению использовать классную доску, наглядные пособия и ТСО в сочетании с экспериментом.

За выступление сту­дента на отчетном занятии выставляется оценка.

Л А Б О Р А Т О Р Н А Я Р А Б О Т А № 1.

П Е Р В О Н А Ч А Л Ь Н Ы Е С В Е Д Е Н И Я

О С Т Р О Е Н И И В Е Щ Е С Т В А

По программе 7 класса в данной теме обязательны следующие демонс­трации:

1. Сжимаемость газов.

2. Расширение тел при нагревании.

З. Растворение краски в воде.

4. Диффузия газов и жидкостей.

5. Модель хаотического движения молекул.

6. Сцепление свинцовых цилиндров.

7. Объем и форма твердого тела и жидкости.

8. Свойство газа занимать весь объем.

ОПЫТ № 1. Демонстрация теплового расширения тел

1. Тепловое расширение твердого тела.

Оборудование: прибор шар Гравезандра, спиртовка или сухое горючее, спички, пинцет.

Прибор шар Гравезандра состоит из кольца и шарика на подвесе. При комнатной температуре шарик дол­жен свободно проходить сквозь коль­цо. Нагревая шарик на открытом огне, показываем, что после этого он не прохо­дит в кольцо.

2. Тепловое расширение жидкости

Оборудование: колба объемом 0,05-0,1 л, подкрашенная жид­кость, пробка с вставленной в нее стеклянной трубкой.

Жидкость должна полностью без пузырьков воздуха заполнять колбу, большая часть трубки должна находиться в воздухе, диаметр трубки выбирают наименьший из возможных. На трубке желательно иметь резиновое колечко для фиксирования положения уровня жидкости. Хорошо на­строенный прибор реагирует на тепло руки, но лучше поднести его к любому нагретому телу.

3. Расширение газа при нагревании

1 СПОСОБ

Оборудование: пробирка, держатель пробирок, пробка, спиртов­ка или сухое горючее.

Укрепить пробирку в держателе и затк­нуть ее пробкой. При нагревании на от­крытом огне газ, расширяясь, выталки­вает пробку.

2 СПОСОБ

Оборудование: колба объемом 0,5 - 1 л, подкрашенная жидкость, пробка с вставленной стеклянной трубкой.

Налить на дно колбы слой жидкости тол­щиной 1-2 см, заткнуть пробкой, отре­гулировав трубку так, чтобы она почти касалась дна колбы. Наложив на колбу руки, наблюдают подъем жидкости по трубе вверх.

Выполнение серии опытов позволяет сделать вывод: при нагревании объемы газа, жидкости и твердого тела увеличиваются, следовательно, тела не являются сплошными, а состоят из отдельных частиц, разделенных промежутками.

Опыт № 2. Доказательство малых размеров частиц вещества.

а) Оборудование: три колбы с водой, кристалл марганцево­кислого калия, стеклянная палочка, фоновый белый экран.

Помещаем кристалл марганцевокислого калия в первую кол­бу с водой, размешивая палочкой, добиваемся полного растворения соли.

ВЫВОД: частички соли расположились между части­цами воды.

Капаем несколько капель раствора во вторую колбу, а из нее в третью. По наличию окраски воды во второй колбе делаем вы­вод о малости частиц марганцовки.

ВЫВОД: частицы вещества очень малы, между ними есть промежутки.

б) Измерение размеров малых тел.

Оборудование: стеклянная трубка, заполненная горохом; линейка с миллиметровыми делениями.

Измерить длину цепочки горошин. Подсчитать общее число горошин. Найти среднюю величину диаметра горошины.

Задание: Выполнить лабораторную работу № 2 по учебнику «Физика 7».

ОПЫТ № 3.

а). Диффузия газов.

Оборудование: мензурка объемом 250-500 мл; полоска ткани шириной 2 см, дли­ной 20 см, смоченная раствором фенолфталеина; крышка для мензурки с закреплен­ной на проволоке ваткой, пропитанной нашатырным спиртом.

Опустить полоску ткани в мензурку, ватку намочить нашатырным спиртом, закрыть мензурку крышкой. Пока идет опыт показать на маленькой полоске и кусочке ватки, что при их взаимном соприкосновении ткань окрашивается.

ВЫВОД: Ткань постепенно окрашивается, следовательно мо­лекулы нашатырного спирта по воздуху достигают ткани.

б). Наблюдение зависимости скорости диффузии о т температуры.

Оборудование: чашка Петри; пластилин; вода холодная и горячая; марганцевокислый калий; кодоскоп.

Разделить перегородкой из пластилина пополам чашку Петри, в одну половину налить холодной воды, а в другую ­горячей. Опустить в каждую часть чашки по кристаллику марганцовки. При помощи графопроектора наблюдать за скоростью диффузии.

ВЫВОД: Диффузия происходит быстрее в горячей воде, зна­чит, скорость движения молекул увеличивается с ростом температуры.

ОПЫТ № 4. Модель броуновского движения.

Оборудование: механическая модель броуновского движения; графопроектор.

В этом приборе шариками моделируются молекулы газа, шайбочка моделирует броуновскую час­тицу, трещетка и упругие стенки мо­делируют хаотичность движения моле­кул. Изменяя скорость вращения тре­щетки, мы моделируем изменение ско­рости движения молекул с изменением температуры. Закрепить механическую модель на графопроекторе и пронаблюдать за движением молекул и броуновской частицы.