RT - 
SR - Electronic
T1 - Альтернативный лабораторный эксперимент на уроках физики
SP - 2023-04-11
A1 - Лимарь, Ю. Ю.
A1 - Довга, Г. В.
A1 - Ларченкова, Л. А.
YR - 2023
UL - https://rep.herzen.spb.ru/publication/1023
AB - Стремление к получению новых впечатлений, любознательность, интерес к наблюдению и самостоятельному поиску новых сведений о мире - нормальное, естественное состояние любого человека. Важнейшим научным способом познания окружающего мира является физический эксперимент, суть которого заключается в специальном создании условий для протекания природного явления, что позволяет изучать особенности этого явления при изменении исходных условий. Школьный физический эксперимент в обучении физике выступает и как источник знаний, и как метод обучения, и как вид наглядности. С его помощью происходит усвоение физических знаний, освоение элементов экспериментального метода науки, формирование практических умений и навыков. Но еще большую роль учебный физический эксперимент играет для развития познавательного интереса и поддержания мотивации учащихся к изучению физики. В практике школьного обучения чаще всего используют демонстрационный эксперимент, лабораторные работы и фронтальные наблюдения [Шилов, 2000]. К сожалению, в школах Киргизии с начала 2000-х гг. оборудование для проведения школьного физического эксперимента почти не обновляется, а имеющееся изношено и морально устарело. Проводить демонстрации, и тем более фронтальные лабораторные работы стало все сложней, все чаше преподавание физики оказывалось меловым. Перемены произошли в связи с изменением образовательных задач, с введением новых стандартов. В связи с этим государство направляет все больше сил и средств на материальное оснащение учебного процесса. В школах стали появляться новые комплекты оборудования, проекторы, интерактивные доски, интерактивные панели. Педагог, работающий в таком оснащенном кабинете, более уверен в себе, чувство гордости за свою страну, понимание, что на уроке не будет равнодушных и отвлекающихся, в любом случае всем будет интересно наблюдать за происходящим. Возникает неподдельное уважение к учителю, который может пользоваться таким оборудованием и демонстрировать его работу на практике. К сожалению, специализированное оборудование для школ стоит дорого. Образовательных учреждений, которые смогли найти спонсоров и получить необходимое оборудование, достаточно мало. Что же делать, если нет оборудования? На сегодняшний день можно предложить два выхода из ситуации - эксперимент на компьютере и проведение простых опытов из подручных средств. Компьютерный эксперимент - это математически просчитанная на компьютере модель физического эксперимента, суть которого сводится к тому, что по некоторым заданным показателям и коэффициентам вычисляются другие ее параметры. Результатом эксперимента являются выводы о свойствах и поведении моделируемого объекта или процесса. Благодаря компьютерным технологиям современная физика получила возможность исследования объектов, которые принципиально ненаглядны, и не могут быть изучены чувственным восприятием человека. В настоящее время прогресс современной физики в значительной степени обусловлен привлечением огромных ресурсов (людских, финансовых, материальных) для постановки физических экспериментов. Современные опытные установки могут представлять собой огромные исследовательские комплексы, создание которых возможно только благодаря объединенным усилиям нескольких государств [Толстик, 2002]. Наиболее типичные примеры - Большой адронный коллайдер, Международная космическая станция. Но компьютерный эксперимент является экспериментом только условно, так как он показывает числовые зависимости по известным и открытым ранее законам физики, передает сущность природных явлений в особой форме, которую еще нужно интерпретировать и расшифровать. Развитие физики - это процесс создания и исследования всевозможных моделей. Все заслуги ученых, начиная еще с античных египтян, македонцев и греков, были достигнуты в результате создания моделей как окружающего мира в целом, так и его фрагментов. Системы Демокрита, Архимеда, Галилея, Гука, Ньютона, Фарадея, Резерфорда и многих других ученых, основывались на моделях окружающего мира. Виртуальный эксперимент является во всех отношениях новым направлением, как в исследовательском, так и в образовательном процессе, он заключается в визуализации физических моделей с помощью ПК. Для проведения виртуальных компьютерных экспериментов необходимо программное обеспечение и компьютер. Компьютерное моделирование физических процессов реализуется в форме виртуальных лабораторий. В действительности же, реальные эксперименты и реальные измерительные приборы намного интереснее в применении, нежели их виртуальные аналоги, но создатели моделей уверены, что это дело времени. В результате развития физики как науки и возможностей ПК будут появляться более точные и сложные модели физических процессов и явлений. Виртуальный эксперимент был создан, как дополнение и подкрепление натурного эксперимента, в том числе и в случаях невозможности проведения натурного эксперимента [Чепа, Бугаeва, 2012]. Применение ПК на уроках - это новый этап в изучении физики в школе. Некоторые явления и процессы невозможно продемонстрировать в школьных условиях из-за отсутствия нужного оборудования. Например, невозможно продемонстрировать молекулы и атомы в 7 классе, двигатель внутреннего сгорания в 8 или радиоактивность в 9 классе. Некоторые ученики не могут абстрагироваться и понять физику как науку, потому, что не в состоянии мысленно представить необходимые процессы и явления. Виртуальный эксперимент как новый вид учебной деятельности можно достаточно органично вписать в урок. Применение такого вида эксперимента является перспективным активным методом обучения, и вполне может оказаться так, что роль учителя и ученика поменяются местами. Компьютерная поддержка курса физики дает дополнительные возможности для организации самообразования. В настоящее время уже создано огромное количество электронных образовательных ресурсов для использования в школе при проведении компьютерных экспериментов. К таким ЭОР относятся: «Медиа-дидактика», “VirtualLab”, «1C-измеритель», «Конструктор экспериментов». Данные ресурсы позволяют изучить школьный курс физики более углубленно, так как можно проводить эксперименты любой сложности, изучать основные физические концепции и сделать более наглядными абстрактные вещи и теоретические построения. При этом не нужно использовать сложное в настройке, громоздкое, дорогостоящее, а иногда даже опасное оборудование. Традиционно под школьным физическим экспериментом понимают прежде всего натурный эксперимент, при постановке которого наблюдаются реальные физические явления и процессы, и используется реальное физическое оборудование. Натурные количественные эксперименты - это лабораторные опыты, которые демонстрируют как само физическое явление, так и характеризующие его количественные закономерности. Такие эксперименты, как правило, являются автоматизированными. Для их постановки используются специально изготовленные установки, снабженные датчиками физических величин, а компьютер выполняет функции сбора данных, их обработки и отображения результатов эксперимента в удобном виде. Примером такого эксперимента может служить опыт по демонстрации зависимости частоты собственных колебаний от амплитуды колебания физического маятника. Главным методическим достоинством натурного школьного эксперимента является большая наглядность при проведении и эмоциональность восприятия. Однако он имеет и ограничения, связанные с ограниченностью диапазона измерений школьных измерительных приборов и условий демонстрации опыта и иных причин [Оспенникова, 2001]. Анализ показывает, что большинству традиционных видов учебного физического эксперимента можно сопоставить соответствующий вычислительный эксперимент, который будет реализован с теми же организационными и учебными целями, что позволяет использовать его в качестве замены натурного эксперимента в случае необходимости. Когда нет ни оборудования, ни компьютера, а показать физический эксперимент или провести лабораторную работу необходимо, на помощь придет смекалка и все, что находится рядом. Приборы из подручных средств: пластиковых бутылок, трубочек - капилляров из медицинских систем вливаний растворов, воздушных шариков и т. д. При этом, если создавать необходимые для опыта устройства с детьми, работа будет еще продуктивнее. В процессе создания учащиеся закрепляют знания изученных физических величин, учатся на практике их измерять и определять, наблюдать физические явления. При этом формируется техническое мышление, развивается воображение и расширяется сфера применения знаний. В 7 класс из подручных средств можно выполнить следующие эксперименты: диффузия (вода и красители); агрегатные состояния вещества (чайник, лед, вода, зеркало); смачивание (тара с водой, пружина, пластинка, нить); движение (машинка, секундомер); весы (разновесы из деревянных брусков, рычаг); демонстрация плотностей жидкости (подкрашенная вода, красное вино, подсолнечное масло, подкрашенный спирт); сила тяжести (кухонные весы); динамометр (картон, пружина); шар Паскаля сообщающиеся сосуды (пластиковые бутылки); манометр, барометр (дистиллированная вода, стеклянная бутылка, трубочка для сока); воздухоплавание (бутылка, шарик, сода, уксус). В 8 классе много опытов с теплом (чайник, лед, зеркало, спички, свеча); электризация (гильзы из фольги, нитки, стекло, шелк); электроскоп (банка стеклянная, гвоздь, бумага); магнетизм (магниты с холодильника); свет, преломление света, линзы (лазерная указка, стеклянная банка, вода). В 9 классе динамика, кинематика (игрушечные машинки, секундомер); металлические шарики (подшипник); ракета, сегнерово колесо (пластиковые бутылки); колебания (пружина, шар на нити); камертон (тарелки фарфоровые, пластиковые стаканы, нить). Конечно, для реализации такого подхода кроме бумаги, клея и ножниц нужно приложить фантазию, а в некоторых случаях необходим эталон, к примеру, при создании разновесов. Если обратиться к списку необходимого оборудования для кабинета физики в соответствии с образовательной программой, конечно, все перечисленные наименования не заменить, но частично возможно. Потребность в таком решении появилась не в первый раз. Можно привести много примеров печатных изданий, в которых и ранее публиковались описания физических опытов из подручных средств без использования специального оборудования. В качестве примера можно привести публикации в журналах «Юный техник» и «Физика в школе», пособие «Самодельные приборы по физике» П. В. Албычева (1950), пособие «Самодельные демонстрационные приборы по физике и опыты с ними» А. И. Глазырина (1960) и ряд других. Многие материалы не потеряли свою актуальность и сегодня. В заключение необходимо упомянуть, что работа педагога это сложный и не прекращающийся процесс, который требует личностного роста и развития в области ИКТ, ведь виртуальные компьютерные среды позволяют создать модели физических явлений, в которых можно менять условия протекания процессов и другие параметры. Использование виртуальных экспериментов на уроке высвобождает время, которое можно потратить на объяснение материала или решение задач. При этом нужно понимать, что компьютерные физические явления рассматриваются не как замена реального физического опыта, а как его дополнение. Верным решением, при достаточной материальной базе, будет сочетание натурных и виртуальных лабораторий в образовательном процессе с учетом их достоинств и недостатков. Для реализации современных принципов развивающего и личностно-ориентированного обучения, а также для использования системно-деятельностного подхода, нужны современные учебно-технические средства, без которых немыслима подготовка человека к жизни в условиях постоянно меняющегося информационного общества. Следовательно, учебно-материальная база кабинета физики должна быть сформирована с учетом современных требований и принципов педагогической науки.