Использование экспериментальных задач в процессе обучения

Такие задачи могут быть использованы в любой части уро ка. Но при этом цели применения, методика, а соответственно и содержание задач будут несколько различны.

1. Содержание экспериментальной задачи является темой данного урока. В ходе ее решения происходит усвоение новых понятий, закономерностей и зависимостей. Например, закон Ома для участка цепи можно объяснить, решая две такие задачи: «Проверить, зависит ли (и если да, то как) сила тока в данной спирали от напряжения на ее клеммах?» Проверить, зависит ли (и если да, то как) сила тока в данной цепи от изменения сопротивления магазина, включенного в эту цепь, при постоянном напряжении на его клеммах?».

В этом случае необходимо, чтобы постановка вопроса вызвала у учащихся желание познать новые закономерности. Одним из средств создания стимула к восприятию нового материала является постановка проблемы, в качестве которой может быть подобрана подходящая экспериментальная задача. Условие задачи должно удовлетворять таким требованиям:

а. все приборы, применяемые в задаче, знакомы ученикам, все сопутствующие явления им понятны. Они затрудняются решить задачу только из-за незнания какого-то одного понятия или явления, которое и является целью или темой данного урока;

б. содержание задачи не должно подсказывать решение проблемы, которую ученики разрешат в ходе урока;

в. постановка вопроса должна вызывать у учащихся некоторое удивление, возбудить желание решить его. Например, перед введением понятия «атмосферное давление» можно поставить такую задачу: «дан полный стакан воды, накрытый куском картона. Выльется ли вода из стакана, если его быстро перевернуть вверх дном?» После об суждения показывают опыт. Вода не выливается. А объяснить, почему, ученики пока не могут, хотя и очень стараются – ведь явление протекало у них на глазах. Тогда учитель и вводит новое понятие, которое объясняет опыт.

2. Использование задач в качестве иллюстраций, подтверждающих правильность и важность сделанных теоретических выводов. Например, после выяснения вопроса о связи скорости движения молекул с температурой тела можно решить такую задачу: «В стаканы с холодной и горячей водой бросили одинаковые кусочки марганцовки. В каком из них вода окрасится быстрее по всему объему?». В результате решения этой задачи ученики убеждаются в правильности сделанного теоретического вывода.

3. Применение задач для проверки степени понимания учениками изучаемого на уроке материала, для его закрепления. Решение задач в этом случае способствует углублению и уточнению нового материала.

4. Использование экспериментальных задач при опросе дает возможность выяснить, насколько правильно, глубоко и сознательно ученик усвоил ранее пройденный материал. Вызванному ученику дается карточка с текстом задачи и все необходимые приборы. Иногда полезно (если позволяет время) выдавать ученику не все приборы, нужные для решения задачи, или давать их больше, чем требует решение. Тогда ему приходится самостоятельно либо устанавливать, каких приборов не хватает, либо выбирать необходимые из числа данных.

5. Весьма полезны 15—20 минутные классные упражнения учащихся по решению экспериментальных задач с последующим разбором и выяснением причин допущенных ошибок. Их можно давать как перед изучением новых понятий, так и при закреплении материала.

6. Один-два раза в учебном году можно проводить контрольные работы по решению экспериментальных задач. Их содержание, количество, число вариантов однотипных задач подбирает учитель в зависимости от наличия лабораторного оборудования в физическом кабинете.

В отличие от упражнений контрольные работы по решению экспериментальных задач проводятся при полной самостоятельности учащихся.

7. Особый интерес у учеников вызывает решение экспериментальных задач в качестве домашнего задания, которые могут быть как общими, одинаковыми для всех, так и индивидуальными. В любом случае учитель должен быть уверен, что для домашних опытов ученики найдут нужные приборы и предметы.

8. Наиболее сложные экспериментальные задачи можно широко использовать в работе физического кружка и на факультативных занятиях.

9. Экспериментальные задачи занимательного характера могут быть использованы на физических вечерах, пионерских сборах и т. п.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Основные этапы решения экспериментальной задачи сходны с решением любой физической задачи, но имеются не которые особенности. Характерным для решения таких задач является работа по отысканию нужных для решения данных, а также способов получения этих данных. Поэтому при анализе задачи и составлении плана решения существенным моментом является поиск ответов на такие вопросы: какие данные необходимы для решения? Как их получить, используя опыт? В каких единицах они должны быть выражены? Какие измерения и с какой точностью необходимо произвести? Поскольку эта работа учащихся носит творческий характер, этот этап решения должен быть разработан наиболее тщательно.

Готовя экспериментальную задачу, следует не только отобрать необходимое оборудование, но и предварительно опробовать его. Ибо в условии обычной текстовой задачи можно сделать оговорку об идеализации физического явления или процесса: например, трение не учитывать, напряжение источника тока постоянно, сопротивление амперметра в расчет не принимать и т. д. В экспериментальной задаче такая идеализация не всегда возможна, и с влиянием сопутствующих факторов приходится считаться, их нужно заранее выявить и по возможности устранить. Например, тела, объем которых определяют через линейные размеры, должны быть строго правильной геометрической формы; кусок дерева, объем которого определяют с помощью мензурки, надо покрыть парафином и т. п.

При коллективном решении задач к экспериментальной части предъявляются такие же требования, как к демонстрационному эксперименту: опыты должны быть убедительными, выразительными, хорошо видны со всех мест класса. Поэтому в таких задачах используют только демонстрационные приборы.

Отбирая задачи для урока из данного сборника, учителю необходимо помнить:

1. В условиях некоторых задач не указаны конкретные размеры и масса тела, длина и сечение проволоки, объем жидкости и т. д. Это означает, что он должен сам выбрать необходимое оборудование к задаче в зависимости от наличия его в физическом кабинете.

2. В отдельных задачах не сказано, какие измерительные приборы нужно взять: демонстрационные или лабораторные. Выбор прибора зависит от того, как решается данная задача: на уроке перед всем классом или самостоятельно учеником.

3. Все известные в задачах данные должны быть четко написаны на этикетке соответствующего прибора (тела), чтобы ученик их мог хорошо видеть.

4. Все тела, приборы, приспособления, применяемые при решении экспериментальных задач, должны быть заранее проверены, пронумерованы и уложены в специальные ящики для хранения.

Полезно составить специальный справочник по экспериментальным задачам, в котором указать все данные о каждом приборе в физическом кабинете и о тех предметах, которые используются в эксперименте при решении задач.

5. Во многих экспериментальных задачах требуется постоянство напряжения у источника тока во время опыта. Это в некоторых пределах выполнимо, если внутреннее сопротивление источника мало по сравнению с сопротивлением внешней цепи. В школах чаще встречаются старые аккумуляторы и гальванические элементы, внутреннее сопротивление этих источников тока довольно большое, поэтому следует:

а. последовательно с аккумулятором включать реостат РП-6 и с его помощью поддерживать падение напряжения (на аккумуляторе вместе с реостатом) постоянным в течение всего опыта. Полезно реостат закрепить на ящике, в котором помещен аккумулятор или батарея аккумуляторов;

б. применять в качестве источников тока выпрямители или трансформаторы достаточной мощности;

в. применять в электрических цепях малую силу тока, увеличивая соответственно сопротивление цепи (например вместо спиралей с сопротивлением 1, 2, 5 Ом использовать спирали в 10, 20, 50 Ом, а для измерения силы тока в таких цепях применять миллиамперметр.);

6. При выполнении экспериментальной части задач ученики должны соблюдать элементарные правила по технике безопасности:

а. перед включением электроизмерительных приборов в цепь выяснить, соответствуют ли пределы измерения этих приборов значениям силы тока и напряжений в данной цепи

б. источник тока включать в цепь последним, после визуальной проверки цепи;

в. применять в качестве соединительных проводов только изолированную проволоку и провода с исправной изоляцией;

г. не производить переключения в цепи под напряжением;

д. горючие жидкости располагать дальше от горячей спиртовки или включенной электроплитки;

е. при использовании в опытах тяжелых грузов применять подставки и прочные нити.»[12].

 

	Используя рулетку и секундомер, определить среднюю скорость движения ученика вдоль класса.
	Имеются длинный наклонный желоб, секундомер и измерительная линейка (лента). На середине желоба поставлена метка. Определите средние скорости шарика при скатывании его с наибольшей высоты отдельно на каждой половине желоба и на всем желобе. Сравнить полученные скорости.
	Используя масштабную линейку, определить давление кирпича на горизонтальную поверхность стола для каждого из трех положений. Плотность кирпича – 1,5 г/см^3.
	Определить, какую силу сжатия можно получить на школьном гидравлическом прессе, если на малый поршень действовать силой 30 Н. Имеется штангенциркуль. Трение не учитывать.
	Имеются два сосуда, насос Шинца, резиновые трубки. Необходимо получить фонтан из сосуда с водой, причем фонтан должен бить плавно, а не рывками. Показать как это сделать.
	Как с помощью резиновой трубки перелить воду в стакан. Ответ обосновать и подтвердить опытом.
	С помощью динамометра определить, до какого уровня поднимается вода в мензурке, если в нее опустить кусок парафина. Ответ проверить опытом.
	К концам легкой однородной деревянной рейки подвешены гири разной массы. Используя масштабную линейку, найти точку подвеса рейки-рычага при его равновесии. Ответ проверить, подвесив рейку в выбранной точке к штативу.
	На столе собрана установка. Имеется масштабная линейка. Какие величины сил покажет динамометр, если груз массой 500 г подвешивать в точках A,B,C. Ответы проверить опытом, открыв шкалу.
	Подобрать такой наклон доски, чтобы при равномерном подъеме тележки по доске можно было получить выигрыш в силе в три раза (имеется масштабная линейка). Проверить опытом, используя динамометр. Трение не учитывать.
	На подъемном столике лежат различные предметы. Имеются динамометр и масштабная линейка. Определить потенциальную энергию каждого предмета относительно поверхности стола и пола.

 

	С помощью установки, в которой использованы две картонные или стеклянные трубки диаметром 5 см, длиной 30 и 60 см, проверить, зависит ли тяга от длины трубы. Объяснить эту зависимость и рассказать о ее практическом применении.
	Начертить схему цепи, состоящую из лампы, двух ключей-переключателей и источника тока, так, чтобы можно было включать и выключать лампу из двух разных мест. Собрать цепь по данной схеме. Где на практике можно применить такую схему цепи?
	Начертить схему цепи для проверки правильности надписи на резисторе. Подобрать нужные приборы и произвести необходимые измерения и вычисления.
	Используя авометр или омметр и масштабную линейку, составить паспорт на данный реостат, если известно, что для провода сечением 1 мм^2 допустима сила тока 15 А.
	Используя паспортные данные всех потребителей электрической энергии в вашей квартире, определить, на какую силу тока должны быть рассчитаны плавкие предохранители, если все потребители будут включены одновременно. Сопротивление подводящих проводов не учитывать.
	Изготовить простейший электромагнит, намотав на железный гвоздь 70-100 витков тонкого изолированного провода. Собрав цепь (см. рис.), определить магнитные полюса у электромагнита. Ответ проверить магнитной стрелкой. Показать как изменить полюса у этого электромагнита.