Сторінка
1

Розробка схем простих демонстраційних експериментів для шкільного курсу оптики

Система фізичної освіти формувалася в багаторічній практиці викладання фізики в загальноосвітніх і вищих навчальних закладах. Зусиллями поколінь учителів і вчених був визначений оптимальний зміст, структура шкільного курсу фізики й система навчального фізичного експерименту. Фізика розглядалася як найважливіша складова науково-технічного прогресу, а її викладання у школі було в центрі уваги громадськості й органів народної освіти. До середини ХХ ст. шкільна фізична освіта в Україні не поступалася кращим світовим стандартам. Таке положення підтримувалося майже до кінця сторіччя, сприяючи досягненню високого рівня освіченості населення нашої країни й формуванню її інтелектуальної еліти. Однак в 90-ті роки виявилася наростаюча тенденція до відставання рівня знань і вмінь з фізики учнів українських загальноосвітніх шкіл від їхніх однолітків з інших розвинених країн: по цьому показнику Україна з 1991 р. по 1995 р. опустилася з 3 на 12 місце. Особливо низькі порівняльні результати засвоєння нашими учнями елементів наукових методів пізнання, теоретичних і експериментальних умінь застосовувати свої знання в незнайомих ситуаціях.

Серед причин, що спричинили зниження якості навчання фізиці, найбільш істотними є наступні:

- скорочення часу на вивчення фізики внаслідок введення в навчальні плани шкіл великої кількості нових предметів під гаслами необхідності морально-етичного, естетичного, екологічного, краєзнавчого, полового й т.п. виховання школярів;

- зниження кваліфікації вчителів фізики через відтік великої кількості фахівців у комерційні й інші структури у зв'язку з низькою оплатою праці вчителя й падіння престижу його діяльності;

- руйнування системи забезпечення шкіл навчальним фізичним обладнанням. Багато вчителів втратили можливість проводити значну частину навіть тих лабораторних робіт і демонстраційних дослідів, які передбачені програмою з фізики. Відсутність же в навчальному процесі фізичних дослідів робить неможливим формування вмінь методологічного характеру й умінь застосовувати теоретичні знання для пояснення природних явищ.

Актуальність даної проблеми визначила мету дослідження: дидактичні й методичні можливості використання предметів з повсякденного побуту для демонстрації фізичних явищ на уроках фізики.

Об'єктом дослідження є фізичний експеримент як основа формування фізичних понять.

Предметом дослідження є демонстраційний експеримент як форма фізичного експерименту.

Гіпотеза: застосування простих демонстраційних експериментів, підібраних в роботі для пояснення сутності оптичних явищ, дозволить покращити якість навчання оптики в загальноосвітніх закладах.

Для досягнення поставленої мети й підтвердження гіпотези поставлені наступні завдання:

1) Проаналізувати взаємодію теоретичного й експериментального методів у фізиці;

2) Розглянути види фізичного експерименту в залежності від виконавця досліду та його ролі у функціонуванні окремих компонентів теорії;

3) Встановити основні вимоги до шкільного демонстраційного експерименту та виділили етапи підготовки вчителя до уроку з використанням демонстрації;

4) Розробити практичні схеми простих демонстраційних експериментів для пояснення сутності фізичних явищ у шкільному курсі оптики.

Функції експерименту в науковому пізнанні

Фізика – експериментальна наука. Закони фізики засновані на фактах, встановлених на досліді. Причому нерідко тлумачення тих самих фактів змінюється у ході історичного розвитку фізики. Факти накопичуються в результаті спостережень. Але при цьому тільки ними обмежуватися не можна. Це тільки перший крок до пізнання. Далі йде експеримент, вироблення понять, що допускають якісні характеристики у формі числа. Щоб зі спостережень зробити загальні висновки, з'ясувати причини явищ, треба встановити кількісні співвідношення між величинами. Якщо буде отримана така залежність, буде знайдено фізичний закон. Якщо знайдено фізичний закон, то немає необхідності ставити в кожному окремому випадку дослід, досить виконати відповідні обчислення. Встановивши експериментально кількісні зв'язки між величинами, можна виявити закономірності. На основі цих закономірностей розвивається загальна теорія явищ. Такий підхід застосовується у всіх галузях фізики. Навіть теоретична фізика, її основні розділи, спираються на відповідні фундаментальні досліди. Ейнштейн писав: «Чисто логічне мислення саме по собі не може дати ніяких знань про світ фактів; все пізнання реального світу виходить з досліду й завершується їм. Отримані чисто логічним шляхом положення нічого не кажуть про дійсність».

Але експеримент у фізиці як науці зайняв своє місце не відразу, а лише в результаті боротьби словесних та експериментальних методів, яка продовжувалася кілька століть. Ще в XIII столітті Роджер Бекон (1214 - 1294) виступив проти умоглядного підходу до вивчення природних явищ. Продовжив боротьбу за експериментальний метод великий вчений-енциклопедист Леонардо да Вінчі (1452 - 1519). Остаточно затвердив експериментальний метод Галілео Галілей (1564 - 1642). Його визнають батьком експериментального метода в фізиці.

Щоб зрозуміти тісний зв’язок між теорією та експериментом, визначимо логічну структуру дослідження. Першим кроком дослідника є вибір ним галузі дослідження. Цей вибір визначається актуальністю, новизною, перспективністю цієї галузі, а також суб’єктивними чинниками: інтересами, нахилами, освітою, характером професійної діяльності дослідника. Наступний крок – визначення проблеми і формулювання теми дослідження. Далі визначають об’єкт і предмет дослідження. Об’єкт дослідження – це певна сукупність властивостей і відношень, яка існує незалежно від дослідника, але ним відображається. Словом, об’єкт – це те, що об’єктивно існує і на що спрямована увага дослідника. Предмет дослідження – це певний бік об’єкта дослідження, тобто це ті елементи, відношення, зв’язки об’єкта, які підлягають вивченню. Із предмета вивчення безпосередньо випливають завдання дослідження.

Наступний етап – розроблення теоретичної концепції дослідження, а потім і формулювання робочої гіпотези. Гіпотеза – це форма прогнозування, форма результату при виконанні певних умов. Тобто, у формулюванні гіпотези зазначаються умови, при виконанні яких можна очікувати того чи іншого результату. Наступний крок – розроблення програми уточнення і перевірки гіпотези. Далі розробляється методика, методи проведення дослідження і, нарешті, проводиться саме дослідження. Його результати дають можливість сформулювати практичні і теоретичні висновки. Останній крок – впровадження у практику розроблених ідей і методів.

Таким чином, як у наукових дослідженнях, так і у викладанні фізики експеримент виступає не тільки як джерело знань, але й як критерій достовірності фізичних закономірностей, як вихідний пункт для проведення логічних і математичних операцій, як результат, що переконує у правильності висновків та як доказ зв'язку теорії із практикою.

Роль фізичного експерименту у формуванні фізичних понять

Фізика займає одне з важливих місць серед дисциплін у школі. Як навчальний предмет вона створює в учнів уявлення про наукову картину світу. Викладання фізики передбачає широке використання фізичного експерименту. Психологи відзначають, що складний матеріал краще сприймається на наочних прикладах, ніж на його опису. Дослідження Едгара Дейла показали, що люди запам'ятовують 20% того, що почули, 30% того, що побачили, 50% того, що почули й побачили й 70% того, про що говорять і пишуть. Тому демонстрація експерименту запам'ятовується краще, ніж розповідь вчителя про фізичний дослід. Зокрема, за цією самою причиною організація процесу навчання у фізиці немислима без застосування спеціально спланованої та організованої системи навчального фізичного експерименту. Основоположник вітчизняної науки М. В. Ломоносов зазначав: «Дослід цінніше тисячі думок, породжених уявою».