Виды экспериментальных задач по физике. 3_Виды экспериментальных задач. Понятие и виды экспериментальных физических задач
 Скачать 26.81 Kb.
|
|
Понятие и виды экспериментальных физических задач Поскольку данная работа посвящена экспериментальным задачам, на них следует остановиться более подробно. Из множества исследований в обозначенной области остановимся на нескольких специализированных учебных пособиях, не потерявших актуальность в наши дни, но изданных несколько десятилетий назад и успевших стать библиографической редкостью [5, 31, 46, 62]. Прежде всего, необходимо определиться с самим понятием «экспериментальная физическая задача». При этом, как и везде в тексте, предполагается, что речь идёт о задачах учебного назначения. Как отмечает И.Г. Антипин, «К экспериментальным задачам относятся такие физические задачи, постановка и решение которых органически связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами, сборкой установок электрических цепей и т.п. Большинство таких задач строится так, чтобы в ходе решения ученик сначала высказал предположения, обосновал умозрительные выводы, а потом проверил их опытом» [5, с. 5]. Уточнение понятия «экспериментальная задача» провёл С.С. Мошков. Для начала он разграничил понятия «экспериментальная задача» и «экспериментальное задание» и обозначил, что «задание, требующее только непосредственных измерений, без дальнейшего использования результатов этих измерений в качестве исходных данных для определения других величин, мы не будем называть задачей» [62, с. 13]. Признаком экспериментальной задачи С.С. Мошков называет «не просто наличие эксперимента, проделанного в связи с её решением, а невозможность постановки задачи или осуществления её решения без эксперимента» [там же, с. 15]. После этого он даёт определение: «Экспериментальной задачей следует называть такую задачу, «данные» для решения которой получаются экспериментально, непосредственно на глазах учащихся или самими учащимися. Причём, в понятие эксперимента включаются и различного рода физические измерения, наблюдения физических процессов и конкретных физических установок» [там же]. Классифицируются экспериментальные задачи по разным основаниям. Так, С.С. Мошков и И.Г. Антипин на первое место ставят их деление на качественные и количественные экспериментальные задачи. К качественным экспериментальным задачам С,С. Мошков относит задачи, «поставленные на конкретном вещественном материале, конкретной физической установке и не требующие для своего решения количественных данных и математического расчёта» [62, с. 16]. В качестве примеров таких задач он ссылается на задачи-вопросы из многочисленных сборников задач при условии, что они будут ставиться не отвлечённо, а на конкретной вещественной установке. И.Г. Антипин указывает, что «в решении качественных задач отсутствуют числовые данные и математические расчёты. В этих задачах от ученика требуется или предвидеть явление, которое должно совершиться в результате опыта, или самому воспроизвести физическое явление с помощью данных приборов. При решении количественных задач сначала производят необходимые измерения, а затем, используя полученные данные, вычисляют с помощью математических формул ответ задачи [5, с. 7]. «Задачи, не требующие количественного определения каких-либо величин», то есть качественные задачи, «в которых нужно лишь предложить способ выполнения некоторой операции», выделяет среди экспериментальных задач на смекалку и В.Н. Ланге [46, с. 4]. Количественными экспериментальными задачами С.С. Мошков называет такие задачи, «решение которых осуществляется путём математической обработки данных, полученных экспериментально, в процессе их решения, т. е. уже после того как задача была поставлена». Сделанную оговорку он считает существенной «так как решение экспериментальной задачи начинается с планирования эксперимента, который должен быть поставлен для получения количественных данных, нужных для решения задачи». «Это положение - пишет он - является одним из принципиальных отличий экспериментальной задачи от текстовой и чрезвычайно важным с точки зрения развития у учащихся умения применять свои теоретические знания к решению практических вопросов» [62, с. 20]. Далее С.С. Мошков делит количественные экспериментальные задачи на две группы. К первой группе он относит «те количественные задачи, в ходе решения которых физический процесс осуществляется» [там же]. Ко второй группе он относит «такие задачи, участие эксперимента в которых ограничено и сводится только к получению нужных для решения задачи величин путём непосредственных измерений». Далее он расшифровывает сказанное следующим образом: «Правильность решения задач этой группы чаще всего не проверяется совершенно, и это типично для задач этой группы, или проверяется по справочникам и данным, указанным на приборе, являющемся объектом задачи. Отличительным признаком задач второй группы и вместе с тем их недостатком является неосуществление в ходе решения задачи того физического процесса, о котором идёт речь в задаче. На протяжении всего решения задач этой группы вещественные установки, на которых они ставятся, не участвуют в том физическом процессе, о котором идёт речь, т. е. эксперимента, осуществляющего физический процесс, не проводится» [там же, с. 27]. Говоря о значении экспериментальных задач в преподавании физики, И.Г. Антипин выделяет задачи способствующие повышению активности учащихся на уроках, развитию их логического мышления, заставляющие ученика напряжённо думать, привлекать к решению все полученные теоретические знания и практические навыки; воспитывающие стремление активно, собственными силами добывать знания и активно познавать окружающий мир; помогающие в борьбе с формализмом в знаниях, способствующие получению прочных и осмысленных знаний, позволяющих использовать их в жизни; способствующие формированию целостного мировоззрения; способствующие активному приобретению умений и навыков исследовательского и конструкторского характера, развитию творческих способностей; воспитывающих критический стиль мышления [5, с. 5-6]. По месту эксперимента в учебном процессе И.Г. Антипин делит задачи на следующие группы: «1. Задачи, в которых для получения ответа приходится либо измерять необходимые физические величины, либо использовать паспортные данные приборов, либо экспериментально проверять эти данные. 2. Задачи, в которых ученики самостоятельно устанавливают зависимость и взаимосвязь между конкретными физическими величинами. 3. Задачи, в условии которых дано описание опыта, а ученик должен предсказать его результат. 4. Задачи, в которых ученик должен с помощью данных ему приборов и принадлежностей показать конкретное физическое явление без указаний на то, как это сделать, или собрать электрическую цепь, сконструировать установку из готовых деталей в соответствии с условиями задачи. 5. Задачи на глазомерное определение физических величин с последующей экспериментальной проверкой правильности ответа. 6. Задачи с производственным содержанием, в которых решаются конкретные практические вопросы» [там же, с. 7-8]. У С.С. Мошкова дальнейшее деление экспериментальных задач проводится по их месту на уроке и постановке. По этому признаку он выделяет экспериментальные задачи, ставящиеся при изложении нового материала, при закреплении материала, изложенного на данном уроке, при упражнении учащихся, при опросе учащихся [62, с. 28-44]. По использованию экспериментальных задач в процессе обучения И.Г. Антипин, наряду с задачами, являющимися темой урока, выделяет задачи, использующихся в качестве иллюстраций, подтверждающих правильность и важность сделанных теоретических выводов; для проверки степени понимания учениками изученного на уроке материала, его закрепления, опроса, разбора и выяснения причин допущенных ошибок, контроля, домашних заданий, кружковой работы, факультативных занятий, физических вечеров [5, с. 10-12]. В.Н. Ланге разбивает свои экспериментальные задачи на смекалку согласно обстановке, в которой предполагается выполнить задание. Таким образом, им выделяются задачи «В домашней обстановке», «На прогулке», «На озере», «Во время путешествия», «В школьной лаборатории», «На заводе», «В космосе». Внутри же этих разделов он располагает задачи в порядке нарастания их трудности [46, с. 5-24]. В.А. Зибер среди экспериментальных задач выделяет особую группу задач-опытов, характерной особенностью которых он считает простоту используемых физических приборов и материалов, собранных или не собранных в экспериментальную установку. Кроме задач-опытов, он в своём пособии представляет небольшое число задач-вопросов, среди которых, в свою очередь, выделяются чисто вопросами-задачами, а часть представляет задачи-опыты, для которых по разным соображениям не даётся экспериментальной установки [31, с.3-10]. Как видно, у авторов, специально занимавшихся проблемой экспериментальных физических задач, на чьи работы выше были сделаны ссылки, есть и общие подходы к её решению, есть и некоторые разночтения. Но главное, что авторами при классификации экспериментальных задач выделяются лишь их отдельные стороны, например способ представления или решения, роль и место в учебном процессе. Множество же характеристик задач остаётся вне поля зрения. Это и понятно, и вполне оправдано. Характеристик очень много, их сочетание позволяет создать такое множество задач, в котором легко заблудиться, и которое вряд ли будет востребовано на практике. Вместо готового набора разнообразных задач специалиста в данной области надо научить принципам построения задач, а для этого необходимо построить многомерную модель учебной задачи, основанную на классификации задач по разным основаниям. Выделенные на определённых этапах классификации виды задач можно определённым образом зашифровать. В дальнейшем, согласно определённым обстоятельствам, можно будет на основании сочетания характеристик разных видов задач самостоятельно конструировать или переконструировать уже известные задачи. Экспериментальные задачи в структуре учебного физического эксперимента Физический эксперимент – неотъемлемая составляющая преподавания физики, как в средней, так и в высшей школе. При этом особая роль отводится эксперименту, выполняемому учащимися и студентами самостоятельно. В средней школе этот вид эксперимента проводится в основном в форме фронтальных лабораторных работ, когда все учащиеся выполняют однотипные действия на одинаковом оборудовании всем классом, всем фронтом, одновременно. В вузе принята другая форма самостоятельного выполнения физического эксперимента, называемая физическим практикумом. Надо отметить, что ранее физический практикум ставился и в старших классах средней школы. В настоящее время эта форма в сильно урезанном виде осталась лишь в профильных физико-математических классах. Физический практикум отличается от фронтальных лабораторных работ тем, что малые группы или даже отдельные учащиеся выполняют разные работы, как правило, на более сложном оборудовании, чем оборудовании, предназначенном для фронтального лабораторного эксперимента. Наряду с фронтальными лабораторными работами и практикумами самостоятельная постановка физического эксперимента может проводиться учащимися и в форме решения экспериментальных задач. Но ни в средней, ни в высшей школе эта форма не является обязательной к исполнению. Перечни экспериментальных задач не включаются в программы, а соответствующие сборники не имеют официального статуса и носят рекомендательный характер. Анализ инструкций к фронтальным лабораторным работам и работам физических практикумов для средней школы и разных типов высших учебных заведений показывает, что многие из них строятся в основном по одной схеме. В инструкциях обозначается тема работы, формулируется её цель, перечисляются используемые приборы и материалы, приводится рисунок экспериментальной установки с описанием её особенностей, если в этом есть потребность. Во многих инструкциях приводятся основные теоретические сведения, необходимые для осознанного выполнения эксперимента. Далее пошагово даются указания, которые необходимо выполнить, чтобы достичь поставленную цель. В инструкциях обычно присутствуют и формы для отображения полученных экспериментальных данных. Следует отметить, что практически всегда для выполнения лабораторных работ ученикам и студентам даются уже собранные лабораторные установки. В школе такие установки в соответствии со стандартными описаниями загодя готовятся, оперативно выставляются и так же оперативно убираются учителем в соответствии с расписанием учебных занятий в кабинете физики. В вузе лабораторные установки нередко годами, а иногда и десятилетиями стоят в специализированных лабораториях в состоянии готовности к использованию в любое время. В такой стабильности есть свои плюсы и минусы, определяемые вторым видом ориентировочной основы действий, на котором они строятся. Этот вид ориентировки в заданиях направлен на некого усреднённого ученика или студента и гарантирует выполнение им работы при строгом соблюдении данных указаний. Ориентировка первого типа, характеризующаяся своей неполнотой, предполагающая конкретизацию действий самим учащимся и выполнение заданий путём проб и ошибок, в лабораторном эксперименте используется только при постановке творческих работ. При решении же экспериментальных задач олимпиадного вида эта ориентировка оказывается ведущей. Ориентировочная основа действия третьего типа, имеющая полный состав и содержащая ориентиры обобщённого вида, предполагает наличие в изучаемом курсе методологической составляющей, в которой в весьма объёмном виде представляются вопросы теории, техники и технологии проведения экспериментальной исследовательской работы. Отсутствие специальной методологической составляющей в курсах физики не позволяет в полной мере использовать ориентировку третьего типа при составлении инструкций к лабораторным работам. Но самое главное, подавляющее большинство выверенных временем инструкций, как для фронтальных лабораторных работ, так и для физических практикумов, содержат описания, ориентированные на классические экспериментальные установки и классическую измерительную аппаратуру. Относительно новое для нашей средней и высшей школы оборудование – датчики физических величин, микролаборатории, целостные программно-аппаратные комплексы – пока ещё с трудом приходят на смену традиционному оборудованию, несмотря на то, что это оборудование позволяет принципиально изменить способы сбора, обработки и отображения информации, получаемой при выполнении экспериментальных работ. Представленное положение дел в области лабораторного физического эксперимента усугубляется в педагогических вузах. Выполнение будущими учителями лабораторных работ на заранее собранных, отлаженных и готовых к использованию установках не способствует формированию у них профессионально значимых умений комплектовать и собирать подобные установки при работе в школе. Использование в практикумах однотипных стандартизованных и единых для всех инструкций не отражает идей дифференцированного подхода к организации педагогического процесса, не позволяет индивидуализировать обучение студентов, не готовит их к дальнейшей работе в многопрофильной и разноуровневой школе. Игнорирование при проведении эксперимента относительно нового для отечественной школы учебного оборудования не способствует подготовке будущих учителей к внедрению такого оборудования в учебный процесс средней школы. Обозначенные проблемы требуют перестройки системы лабораторного физического эксперимента в педагогических вузах. Эта перестройка должна учитывать специфику будущей профессиональной деятельности студентов педагогического вуза, соотноситься с ведущими педагогическими идеями, ориентироваться на современные технологии сбора, обработки и отображения информации. Вариантом решения обозначенной проблемы является подготовка студентов к самостоятельному конструированию и решению экспериментальных физических задач. Для организации такой подготовки, прежде всего, необходимо провести отбор сюжетов, которые в дальнейшем будут положены в основу задач. Далее следует выделить те классы и виды задач, которые отражают структуру и содержание изучаемого курса физики. За основу классификации сюжетных экспериментальных задач целесообразно взять обобщённые планы описания различных видов научного знания. Для перевода проектируемых задач на экспериментальную платформу можно создать относительно несложную элементную базу, построенную по типу технических конструкторов и позволяющую оперативно собирать большое число различных экспериментальных установок. При решении экспериментальных задач ориентироваться надо на использование современных средств сбора и обработки данных. |