Опытно-экспериментальная работа в школе - проблемы и результаты.

К материалам статьи прилагаются сведения об авторе 

1. Специальность – математика, информатика и ВТ.

2. Сафонова

3. Ирина

4. Васильевна

5. г. Санкт-Петербург, ул. Кораблестроителей, дом 29, корпус 1, кв. 343, тел: 8-921-641-26-72, [email protected]

6. Россия, РФ

7. «Опытно-экспериментальная работа в школе: проблемы и результаты»

8. Количество страниц в статье – 12,

9. г. Спб, ГБОУ СОШ №4 Жака Ива Кусто, учитель математики,

10. Ученая степень, ученое звание - I – квалификационная категория

«Опытно-экспериментальная работа в школе: проблемы и результаты».

Развитие мышления учащихся - одна из задач современной школы, в том числе и учителя физики. Развитие мышления учащихся в качестве задачи школы обусловлено тем, что для процесса обучения необходимы: полет мысли, неустанный поиск нового, поддержка этого нового. Нужна постоянная инициатива – инициатива везде и во всем. Развитие мышление является одной из предпосылок такой инициативы в любой сфере труда.

Мышление – наиболее обобщение и опосредованная форма психического отражения, устанавливающая связи и отношения между познаваемыми объектами. Иными словами, мышление – способность рассуждать, сопоставляя явления объективной деятельности и делая выводы.

Выделяют следующие мыслительные операции:

• Сравнение-установление сходства и различия между объектами, явлениями, свойствами;

• Анализ - мысленное расчленение сложного объекта на составляющие его части или характеристики;

• Синтез - мысленный переход в единичном процессе от частей к целому, объединение частей в целое;

• Классификация - мысленное разделение, распределение совокупности объектов (веществ, явлений…) по какому-то существенному признаку;

• Обобщение - мысленное объединение предметов и явлений по их общим существенным признакам; выводы из наблюдений отдельных фактов, явлений, выраженные в виде общего положения;

• Систематизация - мысленное составление целого из отдельных элементов и выявление связей между ними;

• Индукция-построение цепочки логических умозаключений от фактов к некоторой гипотезе (общему утверждению);

• Дедукция - построение цепочки логических умозаключений от общих положений к частным;

• Абстрагирование – выделение существенных свойств и связей предмета и отвлечение от других, несущественных;

• Конкретизация - углубление научного знания, его уточнение или путем анализа опытного материала исследование всего многообразия связей и отношений изучаемого предмета в их единстве; переход от понятия более общего к менее общему.

Мышление - наиболее сложный познавательный процесс, свойственный только человеку.

Человек много знает об окружающем его мире. Он знает, о существовании рентгеновских лучей, ему знаком мир элементарных частиц, хотя не имеет возможности воспринять все это. Человек отражает в сознании не только предметы и явления, но и закономерные связи между ними. Например, люди знают закономерную связь между температурой и объемом тела, им известно отношение между сторонами прямоугольного треугольника.

Возможность глубокого и широкого познания мира открывает человеческое мышление. Что же такое мышление? В чем его сущность? Что у данной фигуры четыре угла или потолок белый, доказывать не надо. Это воспринимается человеком непосредственно. А вот что квадрат гипотенузы равен сумме квадратов его катетов в прямоугольном треугольнике – это никто не способен видеть непосредственно, как бы внимательно он не вглядывался в прямоугольный треугольник и каким бы острым зрением не обладал.

Такого рода познание не является непосредственным, а является опосредованным познанием.

К опосредованному познанию человек прибегает в следующих случаях:

• Когда непосредственное познание невозможно из-за несовершенства наших анализаторов или отсутствия соответствующих анализаторов;

• Когда непосредственное познание принципиально было невозможным;

• Когда непосредственное познание возможно, но нерационально.

Например, высоту самого высокого дерева можно узнать опосредованно, если в солнечный день воткнуть палку в землю и заметить время, когда тень от палки будет равна ее высоте. В этот момент и тень от дерева (которую легко будет измерить) будет равна высоте дерева.

Опосредованное познание основано на наличии объективных отношений и закономерных связей между предметами и явлениями в сознании, понимании знания человеком этих связей. Эти связи обычно скрыты, их нельзя воспринимать непосредственно. Для того чтобы выявить их, человек прибегает к мыслительным операциям – сравнивает, сопоставляет факты, анализирует их, обобщает, делает умозаключения, выводы.

Мышление – есть познание отношений и закономерных связей между предметами и явлениями окружающего мира.

Рассмотрим еще один пример. Что произойдет, если кусок дерева бросить в воду? Поплывет? А почему вы это знаете? Потому что в прошлом вы не раз видели плавающие куски дерева. Но ведь то были другие куски дерева, а этот кусок дерева вы в воду еще не бросали! Предвидеть, то, что произойдет в конкретном случае, мы можем потому, что отражаем общие свойства предметов и явлений (в данном случае – общие свойства воды и дерева). По этой же причине мы знаем, что если тело плавает в жидкости, то вес вытесненной им жидкости равен весу этого тела в воздухе.

Мышление - есть обобщенное познание действительности, процесс познания общих и существенных свойств предметов и явлений. С помощью мышления человек познает, например общие и существенные свойства металлов, общие свойства газов в отличие от общих свойств жидкостей.

Мышление - процесс опосредованного и обобщенного познания окружающего мира, сущность в его отражении:

• Общих и существенных свойств - предметов и явлений, в том числе и таких свойств, которые не воспринимаются непосредственно;

• Существенных отношений и закономерных связей между предметами и явлениями.

Мышление дает возможность знать и судить о том, что человек непосредственно не наблюдает, не воспринимает. Оно позволяет предвидеть наступление таких явлений, которые в данный момент не существуют (рассчитывать заранее затмение Солнца и Луны, орбиты космических кораблей).

«От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике – таков путь познания окружающего нас мира».

А физика – это наука, занимающаяся изучением простейших и вместе с тем более общих свойств окружающего нас материального мира. Начиная с рождения, все мы знаем, что камень всегда падает вниз на землю, что есть твердые предметы, о которые можно ушибиться, что огонь может обжечь … Людям, необходимо понять окружающий мир, чтобы использовать его законы для облегчения труда, улучшения условий жизни. Открывая спрятанные под покровом бесконечного многообразного мира явлений законы природы, человек научился применять их для своих целей, создавать то, чего никогда не было в самой природе. Было изобретено радио, построены громадные электрические машины, освобождена внутриядерная энергия, человек вышел в космическое пространство.

Развитие интереса к физике и усиление влияния учебного процесса на становление личности обучающегося обеспечиваются различными методическими приемами и средствами, среди которых важное место занимает проведение оригинальных уроков. Оригинальными мы называем те уроки, которые отличаются от традиционных уроков своей структурой , необычностью используемых методов организации учебной деятельности обучающихся, эффективностью творческого сотрудничества учителя и обучающихся.

Решать их, надо способом рассуждения. Эксперимент проводят индивидуально. Учащийся решает задачу, которую ему предлагают на карточке, рассуждая вслух (это необходимое условие) и произведя на бумаге все операции вычисления и т.д. Экспериментатор, наблюдая за попытками решения, фиксирует у себя в тетради все наиболее интересные моменты, эмоциональные реакции, высказывания учащихся, отмечает наличие трудностей, ложные моменты, когда он сам приходит на помощь ученику (намек, подсказка, указание и т.д.).

Отмечается время, потраченное на тот или иной этап решения. По окончании этапа экспериментатор анализирует процесс решения (сопоставляя записи учащегося и свои пометки) и записывает его в виде своеобразного протокола, отмечая затруднения, которые испытывал ученик, помощь, которую ему оказывал экспериментатор. Важно обратить внимание на то, как ученик анализировал условие задачи, как опирался на наглядные образы, в чем проявлялась гибкость его мышления, как осуществлял самопроверку (гибкость способа мысли, умение быстро менять свои действия при изменении обстановки).

Достичь целей обучения физике (развитие личности учащихся, формирование логического мышления, обучение школьников определенным видам деятельности с дальнейшим их применением на практике, развитие умений самостоятельно приобретать новые знания и умения) нельзя без непосредственного включения школьников в разнообразную деятельность.

Традиционный процесс обучения физике предусматривает такие виды деятельности, как наблюдение демонстрации, подготовленной учителем, решение задачи, подготовленной учителем, выполнение лабораторной работы, ход которой подробно изложен в учебнике. В результате интерес к предмету у учащихся 7-8 класса постепенно падает. Поэтому необходимо процесс обучения физике строить не только на восприятии действий по образу, но и вовлекать учащихся в активную и разнообразную деятельность по овладению теорией и практикой предмета.

Обучение деятельности на уроках физики можно разделить на три этапа:

Первый этап- 7класс.

С первых уроков физики начинаем обучение таким действиям, как наблюдение, измерение, сравнение. Для этих целей подходят темы Строение вещества, Взаимодействие молекул, при прохождении которых учим выдвигать гипотезы, обосновывать их. Для реализации проблемно-деятельного подхода целесообразно организовывать работу в группах.

Поясню сказанное на примере. Обучая методам измерения линейных размеров и объемов тел, предлагается учащимся не только необходимые приборы, но и , например: сантиметровую ленту, ленту с миллиметровыми делениями, дощечку, стакан, мензурку, мерный сосуд, секундомер. Перед учащимися ставится задача: измерить объем воды в стакане и длину стола; составить и записать последовательность действий при измерении. Учащиеся быстро справляются с поставленной задачей и сообщают результаты измерений, которые в разных группах отличаются по значению. Все версии фиксируются на доске.

Далее учитель организует обсуждение планов измерений и полученных результатов, акцентируя внимание на их различие.

Учащиеся выдвигают предположения для обоснования этих различий. Тогда учитель предлагает для их устранения обсудить алгоритмы измерений. При обсуждении он подводит учащихся к пониманию процесса измерения как сравнения измеряемой величины с эталоном, к понятиям точности и погрешности измерений.

В результате вырабатывается общий алгоритм измерений:

1. Выбор измерительного прибора;

2. Определение пределов измерения цены деления прибора;

3. Соотнесение измеряемой величины с эталоном, запись результата;

4. Повторение измерений несколько раз, определение среднего значения измеряемой величины;

5. Анализ точности измерений, определение погрешности.

Применение данного способа обучения действий дало очень хорошие результаты: большинство учащихся правильно самостоятельно выполняют измерения, наблюдения, систематизацию и немного хуже - сравнение. Проверка показала отсутствие оценки их работы учителем и той, которую они дают сами на основе рефлексии.

Второй этап - 8 класс.

На этом этапе наибольшее внимание уделяется решению проблем на основе самостоятельного планирования эксперимента и работы с гипотезами. Продолжается обучение самооценке: учитель предлагает оценить свой вклад в совместную деятельность по решению проблем, ответив на вопросы, выдвигал ли ученик свою гипотезу, участвовал ли в обосновании своей или чужой гипотезы. Осваиваются такие логические действия, как систематизация, анализ, синтез.

Проиллюстрируем сказанное на примере урока по изучению зависимости количества теплоты, необходимого для нагревания тела, от его массы, рода вещества и разности температур. С начала учитель предлагает учащимися привести примеры, позволяющие выяснить, от чего зависит это количество теплоты. Зафиксировав на доске все приведенные факты, учитель подводит учащихся к выводу, что данная зависимость может выглядеть следующим образом Q=mc(t₂-t₁). Далее эту зависимость следует обосновать.

Учащиеся выдвинули два способа доказательства: теоретический (на основе МКТ) и экспериментальный. При теоретическом обосновании учащиеся предположили, что большая разность температур соответствует большему изменению скоростей молекул и следовательно, их кинетической их энергий, поэтому изменение температуры тела пропорционально передаваемой ему энергии. Масса вещества складывается из масс отдельных молекул, чем больше молекул, тем больше количество теплоты надо сообщить телу для увеличения его энергии. Массы отдельных молекул и их количество в данном теле определяется родом вещества, а значит, и необходимое для нагревания количество теплоты зависит от этого фактора.

Группы учащихся, занимавшиеся экспериментальным доказательством, предположили следующее: поставить на электроплитку два одинаковых стаканчика с водой, масса которой в них различается вдвое; снабдить стаканчики термометрами и изучить зависимость изменения температуры воды в стаканчиках от времени нагревания. При этом они полагали, что количество теплоты прямо пропорционально этому времени. Для доказательства зависимости количества теплоты от рода вещества был взят для сравнения стаканчик с маслом.

После обоснования формулы учащимся предлагается заполнить карты, в которых обозначены различные действия. Свое участие или не участие в деятельности нужно было обозначить соответствующим знаком «+» или « - », а в случаи сомнений знаком «?».

Карта показана на рисунке.

Подводя итоги, учитель обращает внимание учащихся на то, что они работали с гипотезой. Сначала на основании фактов выдвинули предположение, потом обосновали и доказали его справедливость. Показателем того, насколько каждый учащийся научился работать с гипотезой, служит заполненная им карта на уроке.

Третий этап -9 класс.

Третий этап обучения посвящен выбору вида деятельности и ее планированию. Большое внимание уделяется навыкам описания своей деятельности не на бытовом, а научном языке. Оценка деятельности включает описание проблем, возникших в ходе деятельности, и способов их решения.

При самостоятельном планировании деятельности учащимся бывает трудно сформулировать цели исследования. Поэтому сначала учитель определяет цель, но по мере обучения некоторые учащиеся могут сделать это самостоятельно. Приобретенный опыт позволяет 10-11 классам, половине учащимся с небольшой помощью учителя планировать свою деятельность.

Для примера рассмотрим урок по изучению равноускоренного движения, который начинается с демонстрации падения капель, освещаемых стробоскопом. На вопрос учителя о виде движения капель учащиеся уверенно определяют его как ускоренное, обосновывая свой ответ тем, что равные промежутки времени, фиксируемые стробоскопом, пути, проводимые каплями, увеличиваются. Далее учитель демонстрирует движение шарика по наклонному желобу и просит учащихся провести исследование для определения вида этого движения. Часть учащихся предложили весь путь разделить на несколько равных отрезков и измерить время их прохождения шариками. Другие пытались измерять пути за равные промежутки времени, но не успели этого сделать. В итоге все доказали, что движение шарика по наклонному желобу является ускоренным, так как скорость увеличивается, но только в одной группе смогли доказать, что оно равноускоренное.

Описывая свою деятельность, школьники просто перечисляли свои действия, например: разделил наклонный желоб на три равных участка, измерил время прохождения шариком каждого из участков пути и т.д. После фронтально обсуждения в структуре деятельности были выделены цель, способ деятельности, результат.

Из сказанного видно, что при включении обучения деятельности в содержание образования приходится изменять планирование ряда уроков и тем курса, составлять дополнительные проверочные материалы, изменять систему оценок. Это требует изменение методики преподавания, однако после преодоления возникшихся трудностей данная технология обучения становится настолько востребованной и учителем, и учащимися, что использование одних информативных методов становится не возможным. Проводимые таким образом уроки нравятся учащимся, особенно не любящим зубрежки, переходя в старшие классы, они демонстрируют высокий уровень самостоятельности и ответственности. Следовательно, в процессе обучения физики учащийся должен найти отражение цикл научного познания: от наблюдений к выдвижению гипотезы, от гипотезы к теоретическому общению и практическому применению. И тогда, окончив школу, молодой человек может забыть закон Ома, но, опираясь на сформированные при изучении этого закона творческие способности, он всегда найдет нужное решение жизненной проблемы.

Физика наука о наиболее общих законах развития природы. Для успешного изучения этих законов необходим багаж знаний прикладных наук: алгебра, геометрия, география, информатика и т.д. Не секрет, что учащиеся обладают различным уровнем знаний по многим причинам. Большую роль здесь играет природный склад ума, склонность к различным областям науки: естественно-математической, гуманитарной или филологической.

Поэтому уровень знаний по физике к различным категориям детей должен быть разным. Одним необходимы знания на достаточно высоком научном уровне, чтобы продолжать образование в этом направлении. Другим достаточно самых общих представлений о физических законах. Сегодня всем очевидно, что обучение необходимо направить на развитие и совершенствование личности учащихся. Для этого важно выявить развивающий потенциал физики как учебного предмета и решать задачи индивидуализации обучения на методическом уровне.

Психологические особенности учащихся, их природная любознательность, отзывчивость, особая расположенность к усвоению нового, готовность воспринимать все, что дает учитель, создают благоприятные условия для развития у учащихся логического мышления.

Умение логически мыслить, правильно рассуждать является необходимым условием для глубокого и сознательного усвоения предмета, а в самой тесной связи с этим умением находится умение с полной ясностью и возможно с большей точностью излагать свои мысли, правильно с логической стороны строить предложение, употреблять только нужные слова и этим достигать необходимой краткости.

За время педагогической деятельности у меня сложилась определенная система, способствующая учащимся лучше усваивать новые знания по физике и вызвать у учащихся интерес к предмету физика. Одним из способов повышения интереса к физике у учащихся является усиление практической направленности преподавания, создание условий обеспечивающих учащимся успех в учебной работе, ощущение радости на пути продвижения к знанию от неумения к умению.

По словам К.Д. Ушинского: «Воспитатель не должен забывать, что ученье, лишенное всякого интереса и взятое только силою принуждения...убивает в учащимся охоту к ученью, без которой он далеко не уйдет».

На протяжении нескольких лет работы я убедилась в том, что учебные занятия (урок) не всегда вызывает интерес у учащихся. Как же вызвать у учащихся желание учиться, интерес к познанию предмета физики?

Пришла к выводу, что задача обучения физики состоит не только в том, чтобы сформировать вычислительные навыки, физическую речь и дать систему знаний, предусмотренных программой, но и в том, чтобы развивать логическое мышление у учащихся, проводить учебно-воспитательную работу с учащимися, направленную на привитие любви к изучаемому предмету.

При изучении новой темы изложения материала для всех одинаково, а усвоение его определено субъективными особенностями ученика. Для одного достаточно объяснения и демонстраций, другим для усвоения необходимо рассмотреть изучаемый вопрос со всех сторон далеко не один раз. Поэтому целесообразно при изучении нового материала использовать групповую работу и работу в парах. Суть работы в парах сводится к тому, что сильный учащийся помогает своему соседу, более слабому, усвоить материал: выучить буквенные обозначения физических величин, формулировки законов, формулы и их значение. Такая работа приносит пользу обоим учащимся: один закрепляет свои знания, другой усваивает необходимый для дальнейшей работы минимум.

Для интеллектуального развития учащихся необходимо сформировать у них умение, применять полученные знания на практике, развивать их творческие способности. Эти вопросы комплексно решаются на уроках исследования, которые включают в себя: постановку задачи, условия и методы решения планирование и организацию эксперимента, анализ и обобщение полученных результатов, проверку исследуемых фактов, окончательный итог и выводы из полученных результатов.

Наиболее эффективны такие уроки при изучении нового материала групповые уроки - исследования с различными экспериментальными заданиями можно проводить в любых классах, начиная с седьмого. Проведение собственного эксперимента позволяет получить знания, которые являются наиболее достоверными и надолго остаются в памяти. Во время эксперимента развивается мышление учащихся , умение анализировать, сравнивать, делать логические выводы.

Например: в 7 классе тему: «Определение цены деления измерительного прибора» и лабораторную работу «Измерение объема тела» я объединяю в один блок. Ставится задача: определить объем тел неправильной формы. Для этого предлагается ребятам две мензурки с разной ценой деления и сосуд с водой. Класс развивается на группы по 3-4 человека, где сразу определяется командир группы. Им является учащийся, проявляющий хорошие знания по физике. В процессе решения поставленной задачи лидер играет ведущую роль и помогает остальным справиться с проблемой. В процессе выполнения лабораторной работы ребята решают вопросы:

а) в каком соотношении находятся 1мл и 1мл

б) что такое цена деления мензурки

в) одинаково ли значение объема одного и того же тела, измеряемого разными мензурками.

В результате дается определение, что такое цена деления любого измерительного прибора и как ее определить. Ответы на вопросы ребята добывают самостоятельно из учебника и справочного материала (таблицы). В случае необходимости прихожу сама.

Можно проводить исследование и на уроках решения задачи, лучше тоже групповым методом.

Эта работа способствует получению учащимися более глубоких и прочных знаний по сравнению с теми, которые они приобретают при сообщении учителем готовых знаний; ускоряются темпы формирования у учащихся практических умений и навыков творческого характера; вырабатывается устойчивое умение самостоятельности, работа с учебной и научно-популярной литературой.

Такая система обучения позволяет снизить время усвоения теоретического материала, благодаря чему увеличивается время на решение задач и другие виды творческих работ.

Одним из способов закрепления изученного материала является решение задач качественных и расчетных. Здесь возможно множество вариантов. Ребенок, имеющий гуманитарную ориентацию, достаточно свободно решает качественные задачи, имея обязательный минимум знаний, опираясь на свой бытовой опыт.

Расчетные задачи по новой теме решаются на доске. Оставаясь написанными, они являются алгоритмом при самостоятельном решении аналогичных задач. Причем, задачи, где применяется для решения одна формула, оценивается в три балла. Для ребят, которые способны выявить причинно-следственные связи физических явлений и между физическими величинами, предлагаются более сложные задачи, требующие знаний не только по изучаемой теме, но и умение применять ранее полученные знания. Такие работы оцениваются максимальным баллом.

Блок задач для домашнего задания включает в себя качественные и расчетные задачи разных уровней сложности. К каждому уроку предлагается решать две три задачи, которые оцениваются по желанию ученика. К концу изучения темы должны быть решены все задачи блока. При проведении проверочных работ по решению задач оценки ставятся всем ученикам обязательно. Структура заданий при контроле аналогична домашнему блоку.

Для приобретения навыков успешного оперирования формулами для решения задач, ребята в конце тетради для решения задач ведут справочники. Например:

Теоретический материал оценивается практически на каждом уроке. Для этого используются различные формы опроса: тестовые, физические диктанты, устные ответы у доски, письменные ответы на вопросы, сообщения, рефераты - при общении материала. Тестовые опросы и физические диктанты включают в себя задания разных уровней. Одни вопросы требуют только знаний физических законов, формул, буквенных обозначений физических величин, то есть не требуют для ответа сложных размышлений. Другие требуют умения логически мыслить и связывать между собой разные физические явления.

Кроме контрольных работ по решению задач я практикую проведение зачетов в следующей форме: ребятам заранее предлагаются вопросы к зачету. Класс разбивается на команды, в которых назначается капитан. На доске капитан и его заместитель принимают зачет у членов своей команды, и выставляет им оценки. Затем команда принимает зачет у капитана и его заместителя. Листочек с оценками сдают учителю. Затем, представитель команды, участвуя в жеребьевке, определяет статус команды: «Один за всех», «Все, все, все», «Экзаменаторы», «Выбор», « Доверие».

«Один за всех» - представитель по выбору команды отвечает на все вопросы зачета учителю.

«Все, все, все»- все члены команды отвечают Экзаменаторам.

«Выбор» - один член команды по выбору учителя отвечает ему на вопросы зачета.

«Доверие» - оценки выставляются сразу же, без повторной проверки.

«Экзаменаторы» - отвечают членам команды «Доверие»

В результате каждый учащийся дважды отвечает на вопросы зачета и один раз выслушивает ответы. В случае, если вторичные оценки подтверждают первичные, то они выставляются в журнал без изменения. В случае расхождения оценок - итоговая оценка, выставляется по наименьшей для всей команды.

Таким образом, от начала изложения нового материала до контроля ЗУН проводится строгая дифференциация. Это способствует развитию познавательного интереса учащихся, самостоятельной работе с учебником, справочными материалами. Развиваются такие общеучебные навыки как внимательность, усидчивость, что немаловажно для наших ребят.

Заключительный является дифференциальная работа при проведении выпускного экзамена по физике в форме ЕГЭ. Много нового и интересного узнают учащиеся, изучая физику.

Литература

В.А. Крутецкий «Психология», Москва «Просвещение»

Журнал «Физика в школе» Москва «Просвещение»

В.Г. Разумовский «Современный урок физики в средней школе» Москва «Просвещение»

Р.И. Малофеев «Проблемное обучение физики». Москва «Просвещение»

С.Е. Каменцкий «Методика преподавания физики» Москва «Просвещение»