Организация экспериментальной работы по физике в рамках дополнительного образования школьников

07.11.2020

Организация экспериментальной работы по физике в рамках дополнительного образования школьников

Организация экспериментальной работы по физике в рамках дополнительного образования школьников

В. И. Кудряшов
ФГБОУ ВО «Мордовский государственный педагогический институт имени М. Е. Евсевьева», г. Саранск, Россия

Введение: в статье рассматривается проблема организации экспериментальной работы по физике во время реализации программы «Модельный и натурный эксперимент в изучении физики» на базе научно-образовательного центра «Академия успеха». Целью статьи является обоснование возможностей дополнительной образовательной среды, созданной на базе научно-образовательного центра «Академия успеха», для дальнейшей самореализации обучающихся в исследовательской и проектной деятельности по физике в школе.
Материалы и методы: в ходе исследования был использован целый комплекс методов: теоретический анализ научно-методической, психолого-педагогической и специальной литературы; экспериментальный и исследовательский методы; обобщение и систематизация результатов исследования.
Результаты исследования: результаты исследования имеют практическое значение для повышения качества образования учащихся общеобразовательных учреждений и стимулирования их к дальнейшей исследовательской и проектной деятельности по предмету «Физика».
Обсуждение и заключения: осуществление экспериментальной работы по физике с учащимися общеобразовательных учреждений в рамках дополнительной образовательной программы на базе вуза позволило не только сформировать интерес к экспериментально-исследовательской деятельности, но и вызвало общий интерес к эксперименту как методу научного познания.
Ключевые слова: эксперимент, физика, физическое оборудование, лабораторная работа, исследовательская и проектная деятельность.

Введение
Современная дидактика, несмотря на приверженность к технологическому подходу в обучении, не может не опираться на основу основ – дидактические принципы.
Одним из основных и, пожалуй, главных принципов обучения в физике является принцип наглядности. Для его реализации учитель использует физический эксперимент или демонстрацию физического процесса.
Эксперимент является одновременно процессом познания и критерием истинности полученных теоретических знаний. Для проведения в школе эксперимента, как демонстрационного, так и лабораторного, существует большое количество разработанных методик различных авторов. Большей частью все они (например, лаборатория «L-micro», «Лаборатория научных развлечений») опираются на комплексы разработанного оборудования и т. д.
Вместе с тем мы наблюдаем уменьшение активности учителей в направлении использования физического эксперимента на уроках физики. Очень часто в качестве его замены используется демонстрация видеоролика или компьютерной модели, выполненной в виде анимации. Более того, экспериментальная работа, выполняемая учениками с физическим оборудованием, также отходит на второй план. Основной причиной этого многие учителя называют нехватку оборудования, а также уменьшение часов, выделяемых на изучение предмета в школе. Для разрешения возникших затруднений наш вуз предложил (в рамках дополнительного образования школьников) организовать занятия на базе научно-образовательного центра «Академия успеха», основной целью которого является формирование у обучающихся знаний и умений, необходимых для осуществления учебно-исследовательской, проектной деятельности и участия в предметных олимпиадах, турнирах и конкурсах муниципального, регионального, всероссийского и международного уровней [1]. Спектр решаемых задач достаточно широк, поскольку этому способствует хорошая материальная и кадровая база вуза.
Целью статьи является обоснование возможностей дополнительной образовательной среды, созданной на базе научно-образовательного центра «Академия успеха», для дальнейшей самореализации учащихся в исследовательской и проектной деятельности по физике в школе.
Обзор литературы
Проблема организации и проведения экспериментальной работы по физике рассматривалась методистами на протяжении многих лет.
В частности, И. Я. Лернер экспериментальную деятельность представлял в качестве основного инструмента исследовательского метода [2]. Ю. К. Бабанский выделял практические методы как составную часть методов организации учеб-но-познавательной деятельности [3]. С. Е. Каменецкий, Н. С. Пурышева, Н. Е. Важеевская в практических методах обучения предполагали экспериментальную работу учащихся [4]. Г. Б. Голуб, О. В. Чуракова рассматривали проектную деятельность как технологию формирования ключевых компетентностей учащихся [5], а К. Н. Поливанова – в рамках новых образовательных стандартов [6]. Использование эксперимента при организации проблемного обучения отражено в работах Х. Х. Абушкина [7], новых информационных средств при проведении физического эксперимента – в наших статьях [8; 9].
Таким образом, многие педагоги в своих исследованиях отмечают необходимость использования экспериментальной работы по физике.
Материалы и методы
В ходе исследования был использован целый комплекс методов: теоретический анализ научно-методической, психолого-педагогической и специальной литературы; экспериментальный и исследовательский методы; обобщение и систематизация результатов исследования. Работа была проведена в два этапа. На первом этапе была проведена теоретическая и методическая подготовка к реализации модуля «Тепло и холод» программы «Модельный и натурный эксперимент в изучении физики» на базе научно-образовательного центра «Академия успеха». Второй этап был связан с проведением и анализом полученных результатов.
Результаты исследования
Работа по формированию у обучающихся знаний и умений, необходимых для осуществления учебно-исследовательской, проектной деятельности и участия в олимпиадах, турнирах и конкурсах муниципального, регионального, всероссийского и международного уровней осуществлялась с обучающимися 7–8 и 10 классов общеобразовательных организаций Республики Мордовия. Была реализована дополнительная общеобразовательная программа «Модельный и натурный эксперимент в изучении физики», которая предусматривала формирование у обучаемых навыков исследовательской и проектной деятельности в рамках следующих модулей: «Физические основы механического сопротивления», «Основы аэродинамики и динамики полета летательных аппаратов», «Тепло и холод», «Законы динамики поступательного и вращательного движения твердого тела», «Основные методы исследования нанообъектов», «3D-моделирование». Все модули данной программы были разработаны и реализованы с использованием физического эксперимента и компьютерного моделирования.
К освоению программы допускались обучающиеся на основании письменной рекомендации образовательных организаций, результата участия в предметных олимпиадах различного уровня, а также тестирования, проводимого на базе МГПИ.
Перед началом занятий обучающиеся проходили входное тестирование по физике, которое позволило выявить уровень их подготовки и организовать индивидуальное сопровождение.
Прохождение программы «Модельный и натурный эксперимент в изучении физики» способствовало систематизации у обучающихся знаний о физических основах теплопроводности, плавления и кристаллизации, втором за-коне термодинамики, принципах действия тепловых двигателей, законов, протекающих при одном неизменном параметре, а также знакомству с физическими основами нанотехнологий, компьютерными средствами моделирования физических явлений, основными метода-ми 3D-моделирования, основными методами экспериментальных исследований нанообъектов, принципами работы сканирующего зондвого микроскопа NanoEducator. По завершении курса слушатели научились распознавать и описывать закономерности наблюдаемых физических явлений, объяснять сущность явлений теплопроводности различных веществ, определять удельную теплопроводность твердых тел, использовать графическое представление процессов плавления и кристаллизации для анализа и оценки этих процессов, объяснять принцип действия идеального теплового двигателя, использовать микроскоп NanoEducator, объяснять полученные с помощью микроскопа результаты, анализировать и оценивать полученные результаты с точки зрения информационной емкости, проводить самостоятельный поиск информации по учебно-исследовательской задаче, моделировать исследуемые физические явления с помощью компьютерных средств, объяснять полученные результаты.
Содержание программы «Модельный и натурный эксперимент в изучении физики» предполагало работу по нескольким модулям.
Так, в модуле «Тепло и холод» были представлены основные понятия, характеризующие тепловые процессы. На теоретическом занятии были раскрыты и углублены понятия тепла и холода в физике, основы теории теплообмена, конвективный теплообмен, тепловое излучение, теплопередача, физические принципы получения низких температур (получение холода за счет фазовых превращений веществ). Далее в рамках данного модуля были рассмотрены темы «Исследование теплопроводности разных материалов и их физических характеристик», где было расширено понятие теплопроводности и рассмотрены физические характеристики различных материалов, и «Изопроцессы в природе и технике», где введено понятие изопроцессы, а также возможности их применения в технике.
Особую сложность модуля составляла практическая часть, поскольку эта работа требовала от обучающихся умения использовать лабораторное оборудование. В процессе выполнения лабораторных работ экспериментально была определена удельная теплоемкость веществ. В первой работе была определена удельная теплоемкость сыпучих веществ. Для данного исследования были использованы калориметр, электроплитка, пробы сыпучих веществ (почва, песок), термометр, сосуд с водой, весы с разновесами. Во второй – удельная теплоемкость твердого тела, которая выявлялась калориметрическим методом с использованием электрического нагревателя. Были использованы лабораторная установка ФПТ 1–8 и образцы, выполненные из различных веществ (дюраль, латунь и сталь).
Третья – это экспериментальное определение изменения энтропии при фазовом переходе первого рода на примере плавления олова. Работа осуществлялась на лабораторной установке ФПТ 1–11.
По результатам проведенного физического эксперимента обучающимися был построен график зависимости температуры нагреваемого тела от времени. Во всех школьных учебниках он дается для плавления льда, причем график уже обработан и упрощен. При построении графика плавления олова обучающиеся исходили из реальных значений, что отразилось на качественном виде графика.
Таким образом, при выполнении лабораторных работ обучающиеся познакомились с устройством и принципами действия используемых приборов и установок, научились определять цену деления приборов и производить с их помощью измерения, приобрели навыки математической обработки результатов измерений, а также научились строить таблицы и графики зависимостей между величинами.
Результаты обучения были отражены слушателями в постере, публично защищаемом в конце изучения всех модулей.
Последующие модули: «3D-моделирование», «Основные методы исследования нанообъектов», «Презентация учебно-исследовательской деятельности» – способствовали подготовке обучающихся к дальнейшей исследовательской деятельности.
Следует отметить, что программа «Модельный и натурный эксперимент в изучении физики» имеет постпрограммное сопровождение, которое включает в себя консультации по сопровождению исследовательских проектов, а также проведение вебинаров по наиболее затруднительным темам модуля «Тепло и холод».
Обсуждения и заключения
Анализ опыта реализации дополнительной общеобразовательной программы «Модельный и натурный эксперимент в изучении физики» позволил сделать следующие выводы:
1.    Изучение нового материала, даже повышенного уровня сложности, с опорой на физический эксперимент делает процесс обучения более эффективным и понятным.
2.    В процессе проведения эксперимента обучающиеся вырабатывают умения и навыки по использованию лабораторного оборудования, методов математической обработки результатов проведенного ими эксперимента, методов научного исследования, которые позволят им в дальнейшем самостоятельно проводить экспериментальную работу.
3.    В процессе защиты своего проекта обучающиеся реализуют возможности по грамотному оформлению результатов своего исследования и презентации работы с наиболее выгодных сторон.
Список использованных источников
1.    Лапшина М. В., Кулебякина М. Ю. Взаимодействие вуза и школы как условие развития исследовательской компетентности школьников // Гуманитарные науки и образование. 2017. № 3. С. 64–71.
2.    Лернер И. Я. Дидактические основы методов обучения. М. : Педагогика, 1981. 186 с.
3.    Бабанский Ю. К. Педагогика. М. : Просвещение, 1988. 479 с.
4.    Каменецкий С. Е., Пурышева Н. С., Важеевская Н. Е. Теория и методика обучения физике в школе: общие вопросы. М. : Академия, 2000. 368 с.
5.    Голуб Г. Б., Чуракова О. В. Метод проектов как технология формирования ключевых компетентностей учащихся. Самара, 2003. 145 с.
6.    Поливанова К. Н. Проектная деятельность школьников: пособие для учителя. М. : Просвещение, 2011. 192 с.
7.    Абушкин Х. Х. Проблемное обучение физике в педагогическом вузе : учеб. пособие для студентов педагогических вузов. Саранск, 2012. 168 с.
8.    Кудряшов В. И. Возможности физического эксперимента с компьютерной поддержкой при систематизации знаний учащихся // В мире научных открытий (Социально-гуманитарные науки). 2015. № 11.1. С. 112–122.
9.    Кудряшов В. И. Разработка видеозадач при изучении курса физики в школе // Учебный эксперимент в образовании. 2013. № 2. С. 47–52.