Основні риси експериментального методу дослідження

Поряд з науковим фізичним експериментом широке застосування отримав так званий навчальний фізичний експеримент.

Навчальний експеримент - це відтворення за допомогою спеціальних приладів фізичного явища (рідше - використання його на практиці) на уроці в умовах, найбільш зручних для його вивчення. Тому він служить одночасно джерелом знань, методом навчання і видом наочності.

Загальновизнано, що виклад курсу фізики в середній школі має спиратися на експеримент. Це обумовлено тим, що основні етапи формування фізичних понять - спостереження явища, встановлення його зв'язків з іншими, введення величин його характеризують, не можуть бути ефективними без застосування фізичних дослідів. Демонстрація дослідів на уроках, показ деяких з них за допомогою кіно і телебачення, виконання лабораторних робіт учнями складають основу експериментального методу навчання фізики в школі.

Будучи засобом пізнавальної інформації, навчальний експеримент одночасно є і головним засобом наочності при вивченні фізики; він дозволяє найбільш успішно і ефективно формувати у школярів конкретні образи, які адекватно відображають в їхній свідомості реально існуючі фізичні явища, процеси і закони, їх об'єднують.

Правильно організований шкільний фізичний експеримент також служить відмінним засобом виховання таких рис характеру особистості, як наполегливість у досягненні поставленої мети, ретельність в отриманні фактів, акуратність в роботі, вміння спостерігати і виділяти в розглянутих явищах їх істотні ознаки.

Щоб дати учням глибокі і міцні знання, сформувати у них важливі практичні вміння та навички, необхідна координація в застосуванні різних видів навчального експерименту.

Система навчального експерименту з фізики включає наступні види:

1. Демонстраційні досліди (демонстраційний експеримент). Їх постановка вимагає високого експериментального майстерності, пов'язаного з використанням різного обладнання. Важливе значення мають демонстрації дослідів, що ілюструють пояснення вчителя. Такі демонстрації мають високу педагогічну ефективність, оскільки вчитель керує спостереженням школярів і звертає їхню увагу на важливі для розуміння суті явища обставини.
2. Фронтальні лабораторні роботи, досліди і спостереження. У цьому виді експерименту роботи виконуються всіма учнями класу (ланками або індивідуально) одночасно на однотипному обладнанні і під керівництвом вчителя (вчитель проводить вступний та поточний усний інструктаж, показує окремі прийоми роботи, виконує на дошці необхідні малюнки і записи, організовує обговорення отриманих результатів).
3. Фізичні практикуми. Учні виконують цю роботу по завершенню навчального року самостійно, користуючись письмовими інструкціями, по яким вони заздалегідь готуються до виконання експерименту.
4. Позакласні досліди і спостереження. До них відносяться прості досліди, що виконуються учнями вдома, і спостереження, проведені в повсякденному оточенні, природі, промисловому і сільськогосподарському виробництві без безпосереднього контролю вчителя за ходом спостереження. Для експериментальних робіт подібного роду учні використовують предмети домашнього вжитку і підручні матеріали, саморобні прилади, іграшкові набори, "конструктори".

Наведена класифікація шкільного фізичного експерименту найбільш загальна і поширена, вона дає можливість розглянути його з точки зору методів навчання, правильно визначити місце кожного з його видів в системі навчальних занять з фізики, раціонально підібрати навчальне обладнання. Разом з тим допустимі і доцільні в окремих випадках інші способи класифікації. Так, розрізняють кількісні і якісні досліди, виділяють експериментальні завдання і творчі завдання, так звані фундаментальні досліди і демонстрації технічних установок.

Зусиллями вчителів і методистів розроблена методика і техніка шкільного фізичного експерименту.

Однак, незважаючи на ці успіхи, ще не все зроблено щодо переробки експериментального методу дослідження.

Отже, вважаємо за доцільне розглянути такі питання як:

1. яким чином найбільш ефективно "переробити" експериментальний метод дослідження в метод викладання?
2. як знайомити учнів з експериментальним методом дослідження?

Щоб відповісти на ці питання, потрібно перш за все з'ясувати, в чому полягає експериментальний метод дослідження.

Розглянемо кілька прикладів експериментальних досліджень, що проводяться на різних етапах розвитку фізики.

У 1820 році датський вчений Ерстед відкрив дію електричного струму на магнітну стрілку. Про своє відкриття він повідомив іншим дослідникам. Дізнався про це і Ампер. Відкриття Ерстеда зацікавило його. Він міркував так:

"Кожне наелектризоване тіло, не втрачаючи свого електричного знака, збуджує електрику в провіднику, піднесеної до цього тіла на деякій відстані. Чи не має таку ж дію і електрику, поточний в провіднику і утворює струм? Якщо так, то подібна дія має надавати і магніт ... "

Щоб перевірити це, Ампер підвісив на тонкій нитці мідне кільце всередині котушки з мідним ізольованого дроту, дуже близько до її витків.

Кінці дроту він з'єднав з полюсами гальванічної батареї. Якщо, - міркував Ампер, - в кільці виникає електричний струм (збуджений через вплив), то кільце має притягатися або відштовхуватися сильним магнітом. Підключивши до батареї елементів мідну котушку А (рисунок 1.1), Ампер підносив до кільця магніт Б то одним, то іншим полюсом, кільце залишалося в спокої. Не задовольнившись отриманим результатом, Ампер змінив досвід.

Помістивши магніт на деякій відстані від кільця, він то замикав, то розмикав електричний ланцюг котушки. Виявилося, що "в момент, коли ми повідомляємо (з'єднуємо) кінці дроту з батареєю. кільце притягалися магнітом, залежно від того, який перед ним був полюс ".

Остаточно явище електромагнітної індукції було пояснено англійським вченим Фарадеєм і українським вченим Ленцем, які також використовували експериментальний метод.

Розглянемо ще один приклад. В кінці минулого століття Столетов А. Г. досліджуючи фотоелектричний ефект, виявив, що електричні заряди вириваються з металу під дією світла в тому випадку, якщо облучаемая поверхню металу має негативний електричний потенціал. На одній зі стадій дослідження з'ясувалося, що фотострум пропорційний "енергії активних променів". Щоб встановити це, був застосований "спосіб переривчастого освітлення".

Великий картонний коло з сімома віконцями по секторам (причому віконця і проміжки все однакової ширини) містився вертикально між джерелами світла і освітлюваної поверхнею металу і приводився в обертання з різними швидкостями. Проводячи досліди, Столетов задумався і над питаннями про те, "чи викликає дію світла на металеву поверхню ряд окремих електричних поштовхів, що здійснюються з освітленням і розділених проміжками електричного струму або ж відбувається більш-менш безперервний процес виривання зарядів з металу миттєво або (кажучи практично) встановлюється актино-електричний струм (Актин - по-грецьки "промінь", в даному випадку - промінь світла) і чи відповідає його величина готівкової - сучасної -Сила освітлення? ". Для перевірки свого припущення Столетов ставить новий досвід (рисунок 1.2)

Три однакових за розміром диска він розташував на деякій відстані паралельно один одному.

01Сплошной диск Б - джерело електронів Столетов підключив до негативного полюса батареї (через гальванометр Г), а сітчастий - до позитивного. Середній диск (на малюнку 1.2 він показаний) мав сім отворів по секторам і міг обертатися навколо осі. При опроміненні диска Б електричною дугою А гальванометр показував поява в ланцюзі електричного струму. При зміні інтенсивності освітлення в 2, 4, 6 і т. Д. Раз фототок відповідно збільшувався в 2, 4, 6 і т. Д. Раз. На основі отриманих даних Столетов зробив висновок: "практично кажучи, струм з'являється і зникає одночасно з освітленням, і, отже, при переривчастому освітленні струм також переривчастий, з тим же періодом, а сила струму відповідає інтенсивності освітлення".

Можна навести ще багато подібних прикладів з робіт Ньютона і Лебедєва по дослідженню оптичних явищ; Кюрі і Резерфорда по дослідженню атомних явищ і інші роботи.

Аналізуючи кожен з цих прикладів, можна переконатися, що дослідники, перш ніж приступити до здійснення експерименту, висувають ту чи іншу припущення.

До частин експериментального методу можна віднести: висування припущення, або робочої гіпотези (перший етап експериментального дослідження).

Потім, після формулювання тієї чи іншої робочої гіпотези, зазвичай виникає необхідність планування майбутнього експерименту, т. Е. Вибору методу експериментування, за допомогою якого можна було б перевірити робочу гіпотезу.

Отже, вибір методу експериментування є другою частиною експериментального методу.

Слідом за цим дослідники здійснюють експеримент, повторюючи його постановку до тих пір, поки не підтверджується або спростовується робоча гіпотеза.

Проведення експерименту є третьою складовою частиною експериментального методу.

Після постановки експерименту йде обробка отриманих даних. Причому результат обробки даних іноді дає не тільки підтвердження або спростування раніше прийнятої робочої гіпотези, але і, наприклад, може дати точну кількісну залежність між фізичними величинами (закон Бойля-Маріотта, закон Ома і ін.). У всіх випадках можна зробити відповідні наукові висновки.

Отже, четверта частина, що залишилася експериментального методу - це обробка експериментальних даних і отримання з них певних висновків.

Поряд з достовірними висновками, на цьому етапі нерідко формулюються ще ймовірні висновки, що представляють собою нові робочі гіпотези. Це знову приводить до використання кожного з етапів експериментального дослідження знову.

Таким чином, експериментальний процес складається з наступних частин, представлених схемою.

Ці складові частини притаманні кожному експериментальному дослідженню, і ці частини знаходяться в органічній єдності.

1. Ландау Л.Д. Китайгородский А.І. Фізика для всіх. - М: Наука, 1974.
2. Гершензон Е.М. Малов М.М. Курс загальної фізики. Електрика і магнетизм. - М: Просвітництво, 1980.
3. Шахмаев Н.М. Вивчення магнітного поля в курсі фізики середньої школи. - М, 1960.
4. Ган К. Методика викладання фізики в середній школі. Посібник для вчителя. - М-Л, 1985.
5. Б.М. Методика викладання фізики в середній школі т 3. - М, 1961.
6. Шахмаев Н.М. Каменецький С.Є. Демонстраційні досліди з електрики. Посібник для вчителя. - М: Учпедгиз, 1963.