Роль демонстрационного эксперимента при изучении физики в школе
Введение
демонстрационный эксперимент школа
оптика
Демонстрационный эксперимент играет очень важную
роль при изучении физики. Особое значение имеет эксперимент в VII и VIII
классах, когда учащиеся впервые приступают к изучению систематического курса
физики. Здесь качество большинства уроков по физике во многом зависит от того,
насколько удачно подобран, подготовлен и проведен эксперимент во время занятий.
В данной курсовой работе будет проведен
подробный анализ методики и техники демонстрационного эксперимента, а так же
разработаны карты опытов по разделу "Оптика".
Основными целями данной работы являются:
• Проанализировать
роль демонстрационного эксперимента при изучении физики в школе;
• Разработать пути
решения проблемы материально-технического обеспечения;
• Реализовать
демонстрационные эксперименты применяя натурно-виртуальные демонстрации;
• Разработать карты
опытов для усиления практической составляющей курса физики в школе;
• Уменьшить трудовые
затраты преподавателя при подготовке к занятиям.
Глава 1. Роль демонстрационного эксперимента при
изучении физики в школе
.1 Демонстрационный эксперимент в физике
Демонстрационные опыты составляют большую и
очень важную часть школьного физического эксперимента. Они имеют специфические
дидактические задачи и методику проведения, поэтому являются предметом
специального рассмотрения в методике обучения физике.
Демонстрация - это показ учителем физических
явлений и связей между ними; она предназначена для одновременного восприятия
учащимися всего класса.
Демонстрационные опыты способствуют созданию
физических представлений и формированию физических понятий; они конкретизируют,
делают более понятными и убедительными рассуждения учителя при изложении нового
материала, возбуждают и поддерживают у школьников интерес к предмету. С помощью
демонстрационного эксперимента учитель руководит ходом мыслей учащихся при
изучении явлений и связей между ними. Из этого следует нерушимое правило для
преподавателя физики: демонстрация должна быть органически связана с его
словом, с излагаемым материалом - это одно из важнейших условий успешного
формирования физических понятий. Демонстрации приучают учащихся искать источник
знаний по физике в явлениях внешнего мира, в опыте, что имеет неоценимое
значение для формирования их диалектико-материалистического мировоззрения.
Демонстрационные опыты являются органической частью урока. Они могут быть
исходным элементом для объяснения (мобилизация внимания учащихся, создание
проблемной ситуации, выяснение темы занятий), иллюстрировать и сопровождать
рассказ, беседу, объяснение и лекцию учителя, подтверждать изложенное.
Демонстрационные опыты используются также для постановки экспериментальных
задач и (хотя гораздо реже) - при опросе учащихся и повторении пройденного.
Демонстрационный эксперимент не может быть
подменен примерами из жизненных наблюдений учащихся. Во-первых, эти наблюдения
неодинаковы у разных учащихся, а поэтому они не могут явиться основой для
формирования нового знания. Во-вторых, они могут оказаться у отдельных учащихся
не совсем правильными. В-третьих, этих представлений далеко не всегда бывает
предостаточно для понимания и надлежащего восприятия того или иного нового
материала. В-четвертых, то или иное явление или процесс, наблюдаемое в природе
или технике, происходит в сложной взаимосвязи с другими побочными явлениями.
Демонстрационные опыты воспроизводят эти явления с минимальным числом побочных
факторов. Благодаря этому у учащихся имеется возможность непосредственно
наблюдать особенности изучаемых явлений или закономерностей выделять их
существенные черты и т.д.. Все это приводит в школьных условиях к необходимости
проводить в классе нужные для обучения специально организованные
демонстрационные опыты. Помимо важной роли демонстрационных опытов в усвоении
содержания нового учебного материала, они имеют большое значение в выработке у
учащихся экспериментальных умений и навыков. В процессе восприятия и
осмысливания демонстрационных опытов школьники учатся наблюдать за физическими
явлениями, отрабатывать результаты измерений, использовать различные физические
приборы и т.д. Все это подготавливает учащихся к самостоятельным
экспериментальным работам. Велика роль демонстрационных опытов при повторении
учебного материала. Повторно проводимые опыты позволяют учащимся ярче
воспроизвести в памяти ранее изученный материал, глубже вникнуть в сущность
физических явлений и закономерностей, подметить ранее ускользнувшие от внимания
черты и свойства изучаемых объектов.
1.2 Методика и техника демонстрационного
эксперимента
Рассмотрим методику и технику демонстрационного
эксперимента. Подчеркнем, что при подготовке к демонстрации преподаватель
решает три основных вопроса:
) выбор места каждого элемента установки,
демонстрирующей изучаемое явление, в горизонтальной или вертикальной плоскости;
) применение освещения и фона (как правило,
черного, белого или матового просвечивающего);
) выбор наиболее подходящих индикаторов для
наилучшего наблюдения данного процесса.
Наглядность демонстрационного эксперимента
обеспечивается с помощью специальных средств:
. Штативы, столики, скамейки, подставки
обеспечивают расположение приборов, удобное для наблюдения.
. Экраны (белые, черные, цветные, с подсветкой)
позволяют создать фон и выделить экспериментальную установку в целом или ее
отдельные части.
. Указатели (в виде больших ярких стрелок)
позволяют акцентировать внимание учащихся на отдельных деталях
экспериментальной установки.
. Индикаторы (лампа накаливания, неоновая лампа,
измерительные приборы, звук и др.) делают видимыми те объекты, которые нельзя
воспринимать непосредственно (электрический ток, магнитное поле и др.).
. Подкрашивание жидкости обеспечивает четкое
фиксирование ее уровня и объема.
. Теневое проецирование позволяет увеличить
экспериментальную установку или ее отдельные части (модель броуновского
движения, маятник в часах, модель опыта Резерфорда, спектры электрических и
магнитных полей и др.).
. Зеркала обеспечивают улучшение видимости для
учителя (например, при работе с осциллографом) и для учеников при проведении
опытов в горизонтальной плоскости (спектры электрических и магнитных полей).
. Провода разного цвета используются при сборке
параллельных электрических цепей.
Рассмотренные средства наглядности
демонстрационного эксперимента подбираются к опыту после определения объекта
эксперимента и объекта демонстрации.
Объект эксперимента - это совокупность приборов
и принадлежностей, участвующих в проведении демонстрационного опыта. Объект
демонстрации - это часть, деталь экспериментальной установки, изменения которой
раскрывают сущность демонстрируемого. Именно к объекту демонстрации должно быть
привлечено внимание учащихся с помощью специальных средств. Так шкалы и стрелки
всех измерительных приборов должны быть большими и контрастными. Подкрашивание
воды усилит наглядность опыта "Гидростатический парадокс", но снизит
наглядность опыта "Архимедова сила".
В опытах с универсальным штативом фон
подбирается к предмету, закрепленном в его лапке. На белом фоне штатив будет
четко виден, что отвлечет внимание учащихся от объекта демонстрации.
Качественная подготовка эксперимента к занятиям
требует значительного времени. Однако заметим, что много времени для
налаживания требует лишь эксперимент, который ставится впервые; повторение его
в будущем требует уже значительно меньшей затраты времени.
Чтобы закрепить приобретенный опыт показа
демонстрации и не забыть ее "тонкостей", от которых зависит успех
эксперимента, лучше всего вести картотеку демонстраций, где следует обязательно
фиксировать "секреты" и индивидуальные особенности приборов своего
физического кабинета. В этих целях на каждый демонстрационный эксперимент
заводят карточку, на лицевой стороне которой указывают следующие данные: класс,
изучаемая тема, тема урока, название демонстрации, схема (эскиз) установки На
оборотной стороне карточки записывают перечень приборов, их особенности,
оптимальный режим работы, отдельные замечания.
.3 Оптика. Анализ темы
Раздел "Оптика" изучается в школе в
седьмом и десятом классах. В седьмом классе на этот раздел отводится 15 часов.
Это начальный и основополагающий этап изучения данного раздела. В нем
рассматриваются такие темы как: оптические явления в природе, источники света,
прямолинейное распространение света, солнечное и лунное затмение, дисперсия
света, спектральный состав света, отражение света, законы отражения, плоское
зеркало, распространение света в разных средах, преломление света, линзы,
фотометрия, сила света и освещенность, строение глаза, оптические приборы.
Также проводится ряд лабораторных работ и
демонстрационных экспериментов. В десятом классе рассматривается волновая
оптика. На него отводится 12 часов. За этот период учащиеся должны ознакомиться
с такими темами как: природа света, распространение света в разных средах,
поглощение и рассеяние света, закон Снелля, электромагнитная природа света,
интерференция, дифракция, дисперсия, поляризация, квантовые свойства света,
свойства фотона, фотоэффект, люминесценция, квантовые генераторы,
корпускулярно-волновой дуализм.
Также проводится одна лабораторная работа и ряд
демонстрационных экспериментов.
Глава 2. Разработка карт опытов при изучении
раздела "Оптика" в VII и X классах
.1 Структура карт опытов
При разработке карт опытов основной целью было
усиление практической составляющей курса физики в школе. Каждая карта
составлена так, что бы с ней мог работать не только преподаватель, но и
учащийся. Итак рассмотрим основные составляющие карты.
. Тема.
. Класс, в котором изучается данная тема.
. Этап изучения данного раздела физики.
. Список необходимого оборудования для
демонстрации.
. Цель данного демонстрационного
эксперимента.
. Схема демонстрационной установки с
пояснениями.
. Вывод о проделанной работе.
. Ссылка на видеоролик с демонстрацией в
сети интернет.
.2 Карта опыта №1 "Прямолинейное
распространение света"
Тема: Прямолинейное распространение света.
Класс: 7 кл.
Этап: Начальный этап изучения оптики.
Оборудование: источника света, экран с
отверстиями, непрозрачный экран.
Цель: показать, что в прозрачной однородной
среде свет распространяется прямолинейно.
Схема опыта:
Луч от источника света проходит через первую
рамку с отверстием, потом падает на вторую с меньшим отверстием. Пройдя через
вторую рамку свет падает на третью с наименьшим отверстием. На экране мы
получаем изображение.
Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента
было доказано прямолинейное распространение света.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image002.jpg">
Луч от источника света падает перпендикулярно на
цилиндр. При выходе из оптически более плотной среды в менее плотную, луч
преломляется на больший угол и угол падения не равен углу отражения. Увеличивая
угол падения можно заметить, что помимо падающего и преломленного луча
существует еще и отраженный. Увеличивая далее угол падения луча можно
пронаблюдать переход преломленного луча в отраженный. Это явление называется
полным внутренним отражением.
Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента
было показано явление отражения света.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image003.jpg">
Луч от источника света падает на
зеркало. Ми видим, что угол падения равен углу отражения. Изменяя угол падения
можно пронаблюдать, что угол отражения тоже изменяется и они остаются равными
Вывод: в ходе демонстрационного
эксперимента был продемонстрирован закон отражения света.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image004.jpg">
Мнимое изображение получено не на
пересечении падающих лучей, а на их продолжении. Изображение предмета является
прямым. Расстояние от предмета до зеркала равно расстоянию от зеркала до
изображения - принцип симметрии. Изображение в плоском зеркале: мнимое, прямое,
равное.
Вывод: в ходе демонстрационного
эксперимента было построено изображение в плоском зеркале.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image005.jpg">
Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента
было показано явление преломления света.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image006.jpg">
1. Двояковыпуклая линза.
Включаем средний источник, свет проходит через
линзу не преломляясь. Эта линия называется главной оптической осью. Включим два
дополнительных источника, лучи проходят параллельно главной оптической оси,
преломляются и пересекают ее в некоторой точке - в фокусе.
. Двояковогнутая линза.
Включаем средний источник, свет проходит через
линзу не преломляясь. Эта линия называется главной оптической осью. Включим два
дополнительных источника, лучи проходят параллельно главной оптической оси,
преломляются и расходятся в разные стороны. Продолжение осевых лучей двух
пучков преломленных линзой пересекаются в точке слева от оптического центра - в
фокусе.
Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента
было показано поведение лучей проходящих через линзы (двояковыпуклая,
двояковогнутая).
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image007.jpg">
Поместим экран так, что бы получилось четкое
изображение буквы. Мы видим, что изображение на экране в два раза больше чем
начальное. Полученное изображение перевернутое и действительное.
Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента
было построено изображение с помощью собирающей линзы.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image008.jpg">
Направляем два луча параллельных
главной оптической оси глаза. Они собираются в точке лежащей на сетчатке. Это
модель нормального глаза. Для построения модели дальнозоркого глаза
воспользуемся линзой с меньшей кривизной. Лучи пересекутся за сетчаткой. Если в
качестве хрусталика использовать линзу с наибольшей кривизной, мы получим модель
близорукого глаза. В этом случае лечи пересекутся перед сетчаткой
Вывод: в ходе демонстрационного
эксперимента было объяснено строение и принцип работы глаза.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image009.jpg">
Так как весьма сложно продемонстрировать принцип
работы фотоаппарата в школе в виде демонстрационного эксперимента. Поэтому
воспользуемся мультимедийным устройством и покажем видеоролик, где вполне
наглядно показано устройство и принцип работы фотоаппарата.
На нем подробно описывается строение и принцип
работы фотоаппарата. Преподавателю лишь потребуется пояснять некоторые термины.
Такие как диафрагма, система визирования, видоискатель, резкость.
Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента
было изучено строение и принцип работы фотоаппарата.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image010.jpg">
Стробоскопический эффект - это оптическая
иллюзия, возникающая из-за инертности человеческого зрения, когда движение
какого-либо тела наблюдается не непрерывно, а отдельными фрагментами. Это
интересное явление может как принести пользу, так и стать причиной травматизма
на производстве. Один из частных случаев стробоскопического эффекта можно
наблюдать при просмотре кинофильма. Статичные картинки меняются с такой
скоростью, что человеческий глаз не успевает проследить этот процесс и
складывается впечатление непрерывного движения изображения.
Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента
было изучено движение тел в стробоскопическом освещении.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image011.jpg">
Луч от источника света проходит через световод и
падает на экран. Принцип действия волоконного световода основан на
использовании известных процессов отражения и преломления оптической волны на
границе раздела двух сред с различными оптическими свойствами. Оптические
свойства материала зависят от показателя преломления n. Среда с большим
показателем преломления называется оптически более плотной. Волоконные
световоды обычно имеют круглое поперечное сечение и состоят из двух
концентрических слоев диэлектрика. В центре располагается сердцевина из
оптически более плотного стекла, его окружает оболочка из стекла с меньшей
оптической плотностью. На границе раздела сердцевины и оболочки происходит
отражение лучей света, которые распространяются вдоль оси световода. Таким
образом, сердцевина служит для передачи электромагнитной энергии, оболочка
предназначена в основном для улучшения условий отражения на границе раздела
сердцевина/оболочка и защиты от излучения энергии в окружающую среду.
Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента был
изучен принцип работы световода и определить его роль в современной технике.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image012.jpg">
Луч от источника света проходит
через линзу и обе щели. На экране образуется интерференционная картина. Настроим
установку так что бы картина интерференции наблюдалась наиболее отчетливо.
Вывод: в ходе демонстрационного
эксперимента была получена интерференционная картина.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image013.jpg">
Узкая щель.
Луч от источника света проходит через спектральную
щель. На экране наблюдаем дифракционную картину в виде светлых и темных полос.
Дифракционная решетка.
Луч от источника света проходит через диафрагму
и дифракционную решетку. На экране наблюдаем дифракционную картину, в центре
которой наиболее яркий максимум. По обе стороны от которого располагаются
многоцветные полосы (максимумы интенсивности), разделенные темными промежутками
- минимумами.
Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента
была получена дифракционная картина при прохождении света через узкую щель и
через дифракционную решетку.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image015.jpg">
Луч от источника света собирается в
узкий пучок двояковыпуклой линзой, а за линзой ставим стеклянную призму тонким
концом вниз. Белый свет, падая на призму, преломляется, за призмой на
противоположной стене комнаты возникает "радуга" из разных цветов света
"спектр" (лат.spectrum) - видение.
Вывод: в ходе демонстрационного
эксперимента была получено разложение белого света в спектр, при прохождении
через трехгранную призму.
Ссылка на демонстрацию:
<#"870663.files/image016.jpg">
Зарядим пластину отрицательно. Направим на нее
свет от лампы. Пластина начинает разряжаться. Зарядим пластину положительно, и
снова направим на нее свет. Разряд пластины не наблюдается. Результаты опыта
дают предположить, что лучи выбивают из пластины отрицательные заряды.
Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента
была изучено явление внешнего фотоэффекта.
Ссылка на демонстрацию:
<http://www.ex.ua/view/74317887>, длительность 1 мин. 17 с.
Заключение
Таким образом, в курсовой работе показана
важность и необходимость проведения качественного и наглядного
демонстрационного эксперимента при изучении раздела "Оптика".
В результате проделанной работы было разработано
15 карт демонстрационных экспериментов по теме "Оптика" при изучении
в 7 и 10 классах.
Практической ценностью данной работы является
то, что разработанные карты опытов помогают свести к минимуму трудовые затраты
преподавателя при подготовке к занятию. Так же решается проблема материально
технического обеспечения, так как к каждая карта демонстрации содержит ссылку
на видеоролик, на котором вполне наглядно описывается тот или иной
демонстрационный эксперимент. При индивидуальной работе учащегося с картой
можно организовать работу в группах или парах для повторения и обобщения
пройденного материала.
Список использованной литературы
1.
Божинова Ф.Я., Кирюхин Н.М., Кирюхина Е.А. Физика 7 класс: учебник / И. Шахова
- Х.: Ранок, 2007. - 197 с.
.
Божинова Ф.Я., Барьяхтар В.Г. Физика 10 класс: учебник / И. Морева - Х.: Ранок,
2010. - 256 с.
.
Бугаев А.И. Методика преподавания физики. Теоретические основы / А. Бугаев -
М.: Просвещение, 1981. - 288 с.
.
Программы средней общеобразовательной школы. Физика, астрономия. 7-11 классы. -
К.: Освіта, 2013.
5.
Хорошавин С.А. Физический эксперимент в средней школе / С. Хорошавин - М.:
Просвещение, 1988. - 175 с.