science-review.ru
Введение
Согласно федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования (ФГОС ООО) одним из личностных результатов обучения в школе является «овладение основными навыками исследовательской деятельности, установка на осмысление опыта, наблюдений, поступков». Метапредметные результаты должны отражать овладение обучающимся универсальными учебными действиями, в том числе базовыми исследовательскими действиями, такими как постановка исследовательских вопросов, формулирование гипотезы, составление плана эксперимента, определение выводов, прогнозирование процессов в похожих ситуациях [1]. Физика как учебный предмет позволяет в полной мере реализовать условия развития базовых исследовательских умений [2, 3]. В содержании обучения физике при вводе новых понятий, определении закономерностей, формулировании гипотез обучающимся часто приходится проходить цикл научного познания. Построение учебного процесса на основе цикла научного познания «наблюдение – опыт – гипотеза – опыт – теория – опыт» позволяет создать условия для развития исследовательских умений обучающихся [4–6]. Организация исследовательской деятельности в формате работы над мини-проектами, включающими этапы цикла научного познания, позволяет создать условия по деятельностному переживанию [7]. Полный цикл научного познания можно реализовать при выполнении обучающимися домашних лабораторных работ. Домашние лабораторные работы – это простейшие самостоятельные эксперименты, которые учащиеся выполняют дома, вне школы, без непосредственного контроля со стороны учителя. При этом важно соблюсти ряд требований к порядку организации домашних лабораторных работ, представлению полученных обучающимися результатов для достижения цели развития исследовательских умений.
Цель исследования – демонстрация возможностей использования домашних лабораторных работ по физике для формирования базовых исследовательских умений обучающихся.
Материалы и методы исследования
В данном исследовании использовались общенаучные методы: анализ литературы, сравнение и систематизация эмпирических и теоретических данных, наблюдение за образовательным процессом.
Результаты исследования и их обсуждение
В настоящее время существует множество исследований методистов, направленных на поиск оптимальных способов организации домашних лабораторных работ. Внимание к методике организации домашних лабораторных работ по физике определяется рядом преимуществ их использования в учебном процессе.
Домашняя лабораторная работа «Изучение зависимости периода колебаний маятника от длины нити»
|
Требование |
Соответствие обозначенному требованию |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Цель работы |
Изучить зависимость периода свободных колебаний математического маятника от длины его нити и экспериментально подтвердить теоретическую зависимость. Цель формулируется совместно с учениками, во время урока |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Оборудование |
Прочная нить длиной не менее 60 см; маленький груз (гайка, шарик и пр.); секундомер; линейка; подвес (край стола, дверная ручка и пр.). Каждая работа будет считаться уникальной, так как грузы, которые будут использовать ученики, не смогут иметь одинаковые параметры |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Повторение цикла научного познания |
1. Наблюдение. Ученики знакомятся с явлением колебаний маятника: при раскачивании маятника он совершает периодические колебания. Возникает вопрос: от чего зависит период этих колебаний? 2. Первичный опыт. Ученики совершают первые пробные колебания при одной длине нити, фиксируя время. Меняя длину, учащиеся замечают, что колебания маятника зависят от длины. 3. Гипотеза. Обучающиеся делают предположения. Например, период колебаний маятника зависит от длины нити и не зависит от массы груза. 4. Повторный опыт. Обучающиеся проводят измерения при разных длинах нити, фиксируя время и рассчитывая период. Вывод теоретической зависимости. Ученики сопоставляют экспериментальные данные с теоретической формулой T=2π 5. Подтверждающий опыт. Ученики строят график зависимости Т2 от l, определяют ускорение свободного падения, производят оценку погрешностей и проверку точности формулы |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Наличие инструкции к проведению домашней лабораторной работы |
Пошаговая инструкция: А. Подготовка оборудования. 1. Отмерьте 4 отрезка нити длиной 20 см, 30 см, 40 см и 50 см. 2. Привяжите груз к одному концу нити. 3. Закрепите другой конец нити на опоре, чтобы маятник мог свободно колебаться. Б. Таблица результатов. 1. По мере проведения работы заносите все экспериментальные данные в таблицу. 2. После расчета параметров по формулам занесите их значения в таблицу.
Примечание: длины нити указываются в метрах. В. Проведение измерений. 1. Отклоните маятник от положения равновесия на небольшой угол (не более 10–15°). 2. Отпустите маятник и засеките время 10 полных колебаний с помощью секундомера. 3. Повторите измерение 3 раза для повышения точности. 4. Запишите каждое измерение. 5. Вычислите среднее время: tcp = (t1 + t2 + t3) / 3 . 6. Рассчитайте период одного колебания: Т = tcp / 10. 7. Найдите квадрат периода Т2 = T ∙ T. Г. Построение графика. 1. Постройте график зависимости Т2 ( по оси y) от длины l (по оси x). 2. Укажите единицы измерения на осях и подпишите их. 3. Отметьте точки, соедините их линией. График должен быть приближен к прямой. Д. Анализ результатов. 1. Сравните полученные данные с формулой Т2 = (4π2 / g) ∙ l. Это уравнение прямой вида y = k ∙ x, где k = 4π2 / g – коэффициент наклона. 2. Определите ускорение свободного падения g из наклона графика: g = 4π2 / k. 3. Сравните экспериментальное значение g с табличным g ≈ 9,8 м/с2. 4. Напишите возможные причины расхождений. Е. Вывод. В конце эксперимента кратко ответьте на вопросы: 1) Подтвердилась ли гипотеза? 2) Какой результат ускорения свободного падения получен? 3) Насколько эксперимент совпал с теорией? 4) Какие ошибки могли повлиять на точность? Инструкция прописывается подробно, чтобы обучающийся мог выполнить эксперимент самостоятельно. Она должна включать в себя: 1) Пошаговое описание действий от подготовки оборудования до построения графика. 2) Четкие указания на длины нити, количество колебаний, способы измерения, формулы для расчета периода и построение графика. 3) Подробное описание оформления таблицы (возможно, шаблон) и анализа результатов. 3) Напоминание о технике безопасности и корректной формулировке гипотезы |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Наличие вариативных заданий, учитывающих индивидуальные способности обучающихся |
Вариативные элементы в данной работе можно прописать с учетом индивидуальных способностей учащихся, их уровня подготовки и интереса к предмету. А. Базовый уровень (обязательный минимум): 1) Провести опыт с 3–4 длинами нити. 2) Определить среднее значение периода. 3) Построить таблицу данных и один график Т2(l). Б. Углубленный уровень: 1) Вычислить ускорение свободного падения g. 2) Сравнить экспериментальное значение с табличным и обсудить возможные отклонения. В. Творческий уровень: 1) Провести дополнительные измерения (например, с другими длинами или углами отклонения). 2) Исследовать, зависит ли период от массы груза. 3) Подготовить видеопрезентацию опыта или отчет в виде мини-проекта |
||||||||||||||||||||||||||||||
|
Требования к оформлению результатов работы |
Оформление работы должно быть структурированным, аккуратным и понятным. Рекомендуется соблюдать следующий порядок: 1. Тема и цель работы. 2. Оборудование. 3. Краткая теория (формула маятника и ее смысл). 4. Пошаговое описание выполнения. 5. Таблица измерений (длина, время, период, Т2). 6. Построение графика Т2(l). 7. Анализ данных и расчет |
, и убеждаются в соответствии между гипотезой и моделью.