Эксперимент

Организация исследовательской деятельности учащихся в практикуме

Скажи мне, и я забуду,
покажи мне, и я запомню,
дай сделать мне, и я пойму.
Сократ

Жизнь нашей гимназии отмечается особыми отношениями людей, знающих свои цели и отвечающих за свои решения, обеспечивающих предоставление ученику выбора не только учебного предмета, курса, но и темпа усвоения, форм и способов действия. Учителя гимназии никогда не ставили задачу «подготовить учащихся к жизни», потому что сами не знают, какой будет эта жизнь завтра. Наша цель – научить учеников ориентироваться и действовать в многообразном, постоянно изменяющемся мире, реализовать себя в культуре, науках, общественной, профессиональной, семейной жизни. Для этого им необходимо понять себя: собственные индивидуальные особенности и особенности окружающего мира, научиться самоопределяться в различных ситуациях.

Опыт многолетней педагогической работы показывает, что человек может реализовать свой потенциал лишь через собственную деятельность. И для этого школа должна предоставить каждому ученику индивидуальную образовательную траекторию, в частности, за счёт обучения процедурам поисковой деятельности, постановки ученика в позицию исследователя, первооткрывателя, изменения позиции учителя, становящегося партнёром по учебному исследованию, научным руководителем. Один из путей для достижения этого – создание широкой экспериментальной базы. Оборудование учебного кабинета должно удовлетворять педагогическим требованиям, цель которых реализовать идею личностно-ориентированного образования.

Летом 2008 г. в гимназии было принято решение о перепланировке рабочей зоны кабинета физики. В результате появилась новая стационарная лаборатория (фото 1), количество ученических рабочих мест увеличилось с 42 до 60 (фото 2), за счёт замены старой мебели созданы индивидуальные рабочие места учащихся. Такое рабочее место по дизайну похоже на обычную парту, но имеет ряд усовершенствований, позволяющих успешнее проводить школьный физический эксперимент, – на столешнице появилась полка для размещения приборов, всё оборудование стало хорошо просматриваться.

Рабочая зона кабинета была перепланирована – демонстрационное оборудование размещено в лаборантской на «тематических» стеллажах (фото 3), оборудование для фронтальных лабораторных работ – в «тематических» шкафах в классной комнате (фото 4). Возможность стационарного размещения оборудования позволяет значительно экономить время подготовки учителя к практикуму. Особое внимание было уделено формированию системы оборудования, адекватной учебным программам (в том числе и программам углублённого курса). В основу были положены универсальные комплекты и тематические наборы, поскольку они позволяют отбирать оборудование в соответствии с целью эксперимента. Известно, что не всякая учебная работа есть учебная деятельность. Вот почему важно, чтобы учитель определял лишь цель эксперимента, а ученик, получив тематический комплект оборудования, сам определял необходимый ему для исследования набор средств (фото 5). Имеющиеся в кабинете компьютеры и веб-камера позволяют проводить в рамках программного материала и эксперименты, неосуществимые традиционными способами. Значительная часть учебных материалов размещена на мультимедийных носителях.

Для учащихся классов физико-математического профиля предусмотрены двухуровневые задания (см. статью Г.Г.Никифорова). Так, при проведении работы по кинематике «Исследование зависимости перемещения от времени при равноускоренном движении» в качестве задания второго уровня (В2) можно предложить проверить гипотезу Галилея: при равноускоренном прямолинейном движении без начальной скорости пути, проходимые телом за равные последовательные промежутки времени, пропорциональны последовательным нечётным числам (фото 6). На этом же оборудовании можно выполнить работу уровня В2 по динамике «Исследование движения бруска по наклонной плоскости»: проверить формулу для расчёта ускорения, а также описать способы измерения ускорения и коэффициента трения, рассчитать количество теплоты, выделяющееся при трении каретки о наклонную плоскость. Заданиями повышенного уровня сложности могут быть «Изучение движения тела по окружности под действием сил упругости и тяжести» (фото 7), «Проверка закона сохранения импульса при косом центральном ударе» (фото 8), «Получение зависимости КПД наклонной плоскости и выигрыша в силе от угла её наклона» (фото 9).

Полезно давать экспериментальные задачи. Например, при выполнении работы практикума по статике дать задачу: «Пять деревянных брусков одинаковой длины L кладут один на другой так, что каждый выступает над нижележащим. На какое наибольшее расстояние может выступать правый край самого верхнего бруска над правым краем самого нижнего бруска?» После выполнения эксперимента (фото 10) учащиеся математически обосновывают возможность полного выхода верхнего бруска за пределы площади опоры, а также решают, как изменится ответ, если деревянные бруски заменить металлическими.

При организации и проведении работ физического практикума класс делится на две группы, каждая из которых в свою очередь делится на подгруппы из двух человек. Заранее составляется и вывешивается график работ с указанием названия, а также домашние задания, выполнение которых обязательно. На каждую работу отводится 2 ч. В течение этого времени учащийся должен получить допуск к выполнению работы, побеседовав с учителем, и пройти тестовый контроль (мы проводим его с помощью компьютера). За выполнение каждой работы ставятся две отметки: одна – за работу дома, вторая – за выполнение эксперимента (после обработки результатов и составления отчёта).

Выполнение работ физического практикума по «Механике» осуществляется уже на этапе предпрофильной подготовки, т.е. в 9-м классе. Часть работ выполняется в конце первого полугодия, а часть – в конце учебного года, при этом одновременно решается и задача повторения учебного материала с целью подготовки учащихся к ГИА.

Предлагаем комплект учебных материалов для проведения работы «Изучение закона сохранения импульса» в 9-х классах с углублённым изучением физики.

 

Входной контроль (теоретические вопросы и качественные задачи)

1. Какая система называется замкнутой?
2. Что такое импульс тела (количество движения)?
3. Что такое импульс силы?
4. Запишите и сформулируйте закон сохранения импульса.
5. Получите из второго закона Ньютона связь между импульсом силы и импульсом тела.
6. Каковы границы применимости закона сохранения импульса?
7. Какое взаимодействие тел называется ударом?
8. Какой удар называется абсолютно упругим, какой – абсолютно неупругим?
9. Белку с полными лапками орехов посадили на гладкий горизонтальный стол и толкнули. Приближаясь к краю стола, белка почувствовала опасность и предотвратила своё падение на пол. Каким образом?
10. Герой книги Р.-Э.Распе барон Мюнхгаузен рассказывает: «Схватив себя за косичку, я изо всех сил дёрнул вверх и без большого труда вытащил из болота себя и своего коня, которого крепко сжал обеими ногами, как щипцами». Можно ли таким способом поднять себя?

 

Тестовые задания

1. Единица импульса тела имеет наименование:

А) кг · м · с; Б) Н /м · с; В) кг · м/с; Г) Н · м/с.

2. Два шарика, стальной и алюминиевый, одинакового объёма падают с одной и той же высоты. В момент соприкосновения с землёй:

А) импульс стального шарика больше импульса алюминиевого;

Б) импульс стального шарика меньше импульса алюминиевого;

В) импульсы обоих шаров равны нулю;

Г) импульсы обоих шаров равны.

3. На тело массой М действуют силы, как показано на рисунке. Закон сохранения импульса выполняется в проекции на ось:

А) X; Б) Y; В) X и Y. Г) Не выполняется вообще.

4. Тело, двигаясь с постоянной по модулю скоростью, повернулось по дуге окружности на 90°. Какое направление имеет вектор изменения импульса за время поворота?

5. Если материальная точка массой 1 кг, двигаясь равномерно, описывает четверть окружности радиусом 1,2 м за 2 с, то модуль изменения импульса точки за это время равен:

А) 2,5 кг · м/с; Б) 1,3 кг · м/с; В) 10 кг · м/с; Г) 3 кг · м/с.

6. Тело массой 1 кг движется согласно графику зависимости координаты от времени. Найдите проекцию импульса тела на ось X в момент времени t = 2 с.

А) –2 кг · м /с; Б) 1 кг · м /с; В) –1 кг · м /с; Г) 2 кг · м /с.

7. Тело обладает кинетической энергией 100 Дж и импульсом 40 кг · м /с. Чему равна масса тела (в кг)?

А) 16; Б) 4; В) 2; Г) 8.

8. Шарик массой М падает на горизонтальную плоскость с высоты h. Найдите среднюю силу удара, если удар абсолютно упругий. Длительность удара t.

9. Под каким углом к горизонтальной плоскости должен падать резиновый шарик, чтобы после абсолютно упругого удара изменение его импульса было равно первоначальному импульсу шарика?

А) 45°; Б) 30°; В) 60°; Г) 15°.

10. Металлический шарик, падая с высоты 1 м на стальную плиту, отскакивает от неё на высоту 49 см. Во сколько раз уменьшается импульс шарика при ударе?

А) в 1,23; Б) в 2,04; В) в 1,43. Г) Импульс не изменяется.

 

Домашнее задание

1. Движение материальной точки вдоль оси X происходит по закону x =10 + 4t – 2t² (м). Определите координату, в которой импульс точки обращается в нуль.

2. Скорость материальной точки массой 1 кг при прямолинейном движении изменяется по закону υ_x = 5 + 0,5t (м/с). Через сколько секунд импульс точки изменится на 4 кг · м/с?

3. Тело массой М, движущееся со скоростью υ, налетает на неподвижное тело и после упругого соударения отскакивает от него под углом 90° к первоначальному направлению своего движения со скоростью υ/2. Определите массу неподвижного тела.

4. Три лодки, имеющие одинаковые массы М, движутся по инерции друг за другом с одинаковыми скоростями υ. Из средней лодки в крайние одновременно перебрасывают грузы массой m со скоростью u относительно лодок. Какие скорости будут иметь лодки после этого? Сопротивление воды не учитывать.

5. На горизонтальной плоскости покоится шар. С ним сталкивается другой шар такой же массы. Удар абсолютно упругий и нецентральный. Определите угол, под которым разлетаются шары после удара.

 

Маргарита Анатольевна Тарасова – учитель физики высшей квалификационной категории, к.п.н., заслуженный работник образования Московской обл., победитель всероссийского конкурса в рамках ПНПО «Лучшие учителя России-2008». Окончила МОПИ им. Н.К.Крупской в 1982 г., педагогический стаж 29 лет (26 лет проработала в гимназии г. Раменское, из них 8 лет в должности директора). Избиралась секретарём исполкома Кратовского поселкового совета. Ученики неоднократно занимали призовые места, участвуя в районных и областных олимпиадах по физике и олимпиадах МГТУ им. Н.Э.Баумана. Весь выпуск 2007 г. обучается в престижных вузах Москвы на бюджетной основе. С мужем вырастили двоих детей: сын – врач-травматолог-ортопед, дочь учится в ММА им. И.М.Сеченова. Хобби: путешествия, активный отдых на природе, вышивание, домашнее консервирование.