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

1.1 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:

1) выбор места каждого элемента установки, демонстрирующей изучаемое явление, в горизонтальной или вертикальной плоскости;

2) применение освещения и фона (как правило, черного, белого или матового просвечивающего);

3) выбор наиболее подходящих индикаторов для наилучшего наблюдения данного процесса.

Наглядность демонстрационного эксперимента обеспечивается с помощью специальных средств:

1. Штативы, столики, скамейки, подставки обеспечивают расположение приборов, удобное для наблюдения.

2. Экраны (белые, черные, цветные, с подсветкой) позволяют создать фон и выделить экспериментальную установку в целом или ее отдельные части.

3. Указатели (в виде больших ярких стрелок) позволяют акцентировать внимание учащихся на отдельных деталях экспериментальной установки.

4. Индикаторы (лампа накаливания, неоновая лампа, измерительные приборы, звук и др.) делают видимыми те объекты, которые нельзя воспринимать непосредственно (электрический ток, магнитное поле и др.).

5. Подкрашивание жидкости обеспечивает четкое фиксирование ее уровня и объема.

6. 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.).

7. 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).

8. 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.

1.3 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

2.1 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.

1. Тема.

2. Класс, в котором изучается данная тема.

3. Этап изучения данного раздела физики.

4. Список необходимого оборудования для демонстрации.

5. Цель данного демонстрационного эксперимента.

6. Схема демонстрационной установки с пояснениями.

7. Вывод о проделанной работе.

8. Ссылка на видеоролик с демонстрацией в сети интернет.

2.2 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: http://www.ex.ua/view/74 317 887Прямолинейное распространение света. avi длительность 55с.

2.3 Карта опыта № 2 «Отражение света»

Тема: Отражение света.

Класс: 7 кл.

Этап: изучение геометрической оптики.

Оборудование: источник света, лимб с закрепленным на нем цилиндром из оргстекла.

Цель: сформировать знания о явлении отражения света, сформировать понятия — угол падения, угол отражения, падающий луч, отраженный луч.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 2 мин. 23 с.

2.4 Карта опыта № 3 «Закон отражения света»

Тема: Закон отражения света.

Класс: 7 кл.

Этап: изучение геометрической оптики.

Оборудование: источник света, лимб с нанесенными делениями, зеркало.

Цель: сформировать знания о законе отражения света, сформировать понятия — угол падения, угол отражения, падающий луч, отраженный луч.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 1 мин. 35 с.

2.5 Карта опыта № 4 «Изображение в плоском зеркале»

Тема: Изображение в плоском зеркале.

Класс: 7 кл.

Этап: изучение геометрической оптики.

Оборудование: плоское зеркало.

Цель: построить изображение в плоском зеркале.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 12 мин. 12 с.

2.6 Карта опыта № 5 «Преломление света»

Тема: Преломление света.

Класс: 7 кл.

Этап: изучение геометрической оптики.

Оборудование: источник света, лимб с закрепленным на нем цилиндром из оргстекла.

Цель: сформировать знания о явлении преломления света, сформировать закон преломления.

Схема опыта:

Луч от источника света падает на цилиндр. При угле падения б угол преломления равен в. Значит можно легко определить показатель преломления среды: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления.

Вывод: в ходе демонстрационного эксперимента было показано явление преломления света.

Ссылка на демонстрацию: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 1 мин. 1 с.

2.7 Карта опыта № 6 «Ход лучей в линзах»

Тема: Ход лучей в линзах.

Класс: 7кл.

Этап: изучение геометрической оптики.

Оборудование: три источника света, двояковыпуклая линза, двояковогнутая линза.

Цель: сформировать знания о поведении лучей проходящих через линзы и о понятии фокуса, фокусного расстояния.

Схема опыта:

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.

2. 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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 1 мин. 1 с.

2.8 Карта опыта № 7 «Построение изображений с помощью линз»

Тема: Построение изображений с помощью линз.

Класс: 7 кл.

Этап: изучение геометрической оптики.

Оборудование: источник света, двояковыпуклая линза, оптическая скамья, лист черного картона с вырезанной в нем буквой.

Цель: построить изображение с помощью собирающей линзы.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 1 мин. 6 с.

2.9 Карта опыта № 8 «Модель глаза»

Тема: Модель глаза.

Класс: 7 кл.

Этап: изучение геометрической оптики.

Оборудование: два источника света, макет глаза, набор линз различной кривизны.

Цель: объяснить строение и принцип работы глаза.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 2 мин. 38 с.

2.10 Карта опыта № 9 «Устройство и принцип работы фотоаппарата»

Тема: Устройство и принцип работы фотоаппарата.

Класс: 7 кл.

Этап: изучение геометрической оптики.

Оборудование: проектор, компьютер, макет фотоаппарата.

Цель: изучить строение и принцип работы фотоаппарата.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 5мин.52с.

2.11 Карта опыта № 10 «Движение тел в стробоскопическом освещении»

Тема: Движение тел в стробоскопическом освещении.

Класс: 7 кл.

Этап: изучение геометрической оптики.

Оборудование: стробоскоп, штатив, тележка с установленной на ней гирькой, линейка.

Цель: пронаблюдать движение тел в стробоскопическом освещении.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 10 с.

2.12 Карта опыта № 11 «Световод»

Тема: Световод (волновод).

Класс: 10 кл.

Этап: изучение волновой и геометрической оптики.

Оборудование: источник света, волоконный световод, экран.

Цель: изучить принцип работы световода и определить его роль в современной технике.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 1 мин. 30 с.

2.13 Карта опыта № 12 «Получение интерференционных полос»

Тема: Получение интерференционных полос.

Класс: 10 кл.

Этап: изучение волновой и геометрической оптики.

Оборудование: источник монохроматического света (лазер), тонкая собирающая линза (короткофокусная), непрозрачная пластина с двумя тонкими параллельными щелями, экран.

Цель: получить интерференционную картину.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 1 мин. 17 с.

2.14 Карта опыта № 13 «Дифракция света»

Тема: Дифракция света.

Класс: 10 кл.

Этап: изучение волновой и геометрической оптики.

Оборудование: источник монохроматического света (лазер), спектральная щель, дуговая лампа белого света, диафрагма щель, оптическая скамья, дифракционная решетка, экран.

Цель: пронаблюдать дифракционную картину при прохождении света через узкую щель и через дифракционную решетку.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 1мин.17с.

2.15 Карта опыта № 14 «Дисперсия света»

Тема: Дисперсия света.

Класс: 10 кл.

Этап: изучение волновой и геометрической оптики.

Оборудование: трехгранная призма, источник белого света, двояковыпуклая линза, экран.

Цель: пронаблюдать явление дисперсии при прохождении света через трехгранную призму.

Схема опыта:

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: http://www.ex.ua/view/74 317 887, длительность 1 мин. 17 с.

2.16 Карта опыта № 15 «Фотоэффект»

Тема: Фотоэффект.

Класс: 10 кл.

Этап: изучение волновой и геометрической оптики.

Оборудование: дуговая лампа, цинковая пластина, электрометр.

Цель: пронаблюдать явление внешнего фотоэффекта.

Схема опыта:

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/74 317 887, 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.

1. Божинова Ф. Я., Кирюхин Н. М., Кирюхина Е. А. Физика 7 класс: учебник / И. Шахова — Х.: Ранок, 2007. — 197 с.

2. Божинова Ф. Я., Барьяхтар В. Г. Физика 10 класс: учебник / И. Морева — Х.: Ранок, 2010. — 256 с.

3. Бугаев А. И. Методика преподавания физики. Теоретические основы / А. Бугаев — М.: Просвещение, 1981. — 288 с.

4. 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.