Портфолио

Организация исследовательских лабораторных работ

Изведав мучения жажды, я попробовал вырыть колодец,
чтобы из него черпали и другие.
Э. Сетон-Томпсон

Главная цель обучения физике состоит в развитии научного мышления школьников, в формировании навыков творческого приложения знаний в вооружении научными методами познания, в развитии любознательности и интереса к явлениям природы. Недостаток научных физических знаний в обществе уже привёл к расцвету сектантских, псевдорелигиозных, суеверных взглядов на жизнь. Обучение физике должно помочь школьникам понимать научные факты и использовать знания для объяснения явлений природы и техники.

Огромную роль при этом играет эксперимент – источник знаний, критерий истинности наших представлений об окружающем мире, метод физических исследований. Особенно полезно провести опыт так, чтобы увеличить вероятность ошибочных объяснений или представлений результата, – тогда он превращается в исследование с постановкой задачи, выдвижением гипотез, их проверкой и формулировкой правильных выводов. Исследовательский метод обучения обладает несомненными достоинствами: максимальная активизация познавательной деятельности учащихся способствует формированию прочных, осознанных знаний, повышению интереса к предмету; формируется творческая личность, развиваются воображение, логическое мышление, гибкость ума, интуиция, умение находить решение проблемы.

Центральное место в общей системе практического обучения физике занимают фронтальные лабораторные работы. Лабораторные работы, предлагаемые в конце каждого учебника физики, на мой взгляд, содержат слишком подробные описания. Чтобы внести в них исследовательский элемент, следует несколько изменить технологию их выполнения. Я предлагаю многоуровневую (реально, два–три уровня) лабораторную работу. Первый – исследовательский, второй – частично-поисковый, третий – репродуктивный.

Предлагаемая методика включает в себя следующие элементы:

– Предварительная беседа с учащимися.

– Вручение учащимся инструкций.

• Инструкция № 1 предполагает самостоятельное выполнение лабораторной работы, её планирование, подбор необходимых для вычислений формул, выбор формы отчёта и обязательное выполнение дополнительного задания исследовательского характера.

• Инструкция № 2 содержит план выполнения лабораторной работы, а также форму отчёта, но не содержит подробных описаний способов измерения тех или иных величин и расчётных формул. Если работа несложная и непродолжительная, то она проводится по описанию в учебнике [1] (и здесь не приводится. – Ред.)

• Инструкция № 3 содержит подробное описание хода лабораторной работы (по учебнику, поэтому здесь не приводится. – Ред.).

– Оценка выполнения лабораторной работы. Учащиеся, работающие по инструкции № 1, при полном выполнении всех предложенных заданий (в том числе дополнительного, исследовательского), получают «отлично». Если не сделано дополнительное задание, ставится оценка «хорошо». Учащиеся, работающие по инструкции № 2, при полном выполнении работы и правильном формулировании выводов получают оценку «хорошо». Соответственно учащиеся, работающие по инструкции № 3, – «удовлетворительно».

Далее я предлагаю многоуровневые лабораторные работы по физике для 7-го класса.

 

Лабораторная работа «Измерение объёма жидкости с помощью измерительного цилиндра»

Цель работы: научиться обращаться с физическим оборудованием, пользоваться измерительным цилиндром и определять с его помощью объём жидкости.

Оборудование: измерительный цилиндр, стакан с водой, сосуды разной вместимости; для исследовательского задания – пенициллиновые флакончики, пипетки.

Порядок выполнения работы

Предварительная беседа с учащимися: • Рассмотрите измерительный цилиндр • Определите цену деления измерительного цилиндра • Как находим цену деления прибора? • Чему равен верхний предел измерения измерительного цилиндра? • Что такое верхний предел измерения прибора? • Чему равна погрешность измерения измерительного цилиндра? • Как записать ответ измерения с учётом погрешности? • Как определить, сколько жидкости налито в измерительный цилиндр? • Как, используя воду и измерительный цилиндр, определить вместимость любого сосуда?

Кто понял, как выполнять лабораторную работу, получают инструкцию № 1; кто затрудняется, получают инструкции № 2 или № 3.

Инструкция № 1 (высокий уровень)

Для оформления отчёта по лабораторной работе, ответьте письменно в тетради на следующие вопросы: • Что вы делали? • Что вы наблюдали? • Что получилось?

Запишите результат с учётом погрешности измерения.

Дополнительное задание. Измерьте объёмы пенициллинового флакончика и пипетки.

Инструкция № 2 (средний уровень).

1. Определите цену деления измерительного цилиндра.
2. Определите верхний предел измерения измерительного цилиндра.
3. Определите погрешность измерения измерительного цилиндра.
4. Определите количество предложенной воды.
5. Запишите ответ с учётом погрешности.
6. Определите вместимость предложенных сосудов (стаканчики из-под йогурта, флаконы из-под витаминов и другие сосуды малого объёма).

Инструкция № 3 (низкий уровень) – см. описание в учебнике [1, с. 159].

 

Лабораторная работа «Измерение объёма тела»

<...> (Для исследовательского задания дополнительно предлагается деревянный брусок.) <...>

Предварительная беседа с учащимися (на столе стоят измерительные цилиндры с водой – подсказка для детей).

Учитель (показывает куб, цилиндр). Как можно определить объём куба, цилиндра? (Показывает камень произвольной формы.) Как измерить объём такого тела? (Учащиеся предлагают свои варианты измерений.) Перед вами на столах находятся различные предметы. Как измерить объёмы этих тел?

Инструкция № 1 (высокий уровень)

См. инструкцию № 1 к лабораторной работе № 1.

Дополнительное задание: определите объём деревянного бруска.

Инструкция № 2 (средний уровень)

1. Определите цену деления измерительного цилиндра.
2. Налейте в измерительный цилиндр воду.
3. Погрузите тело, объём которого нужно измерить, в воду.
4. Результаты опытов запишите в таблицу:

№ опыта	Название тела	Начальный объём жидкости V1, см3	Объём жидкости и тела,V2, cм3	Объём тела V = V2–V1, см3

Инструкция № 3 (низкий уровень) – см. описание в учебнике [1, с. 163].

 

Лабораторная работа «Определение плотности твёрдого тела»

<...> (Для исследовательского задания предлагается твёрдое тело с полостью внутри.) <...>

Предварительная беседа с учащимися: • Как измерить объём тела? Какие для этого необходимы приборы? • Как измерить массу тела? Какие для этого необходимы приборы? • По какой формуле рассчитывается плотность вещества, из которого изготовлено тело?

Инструкция № 1 (высокий уровень).

См. инструкцию № 1 к лабораторной работе № 1.

Дополнительное задание: определите, имеет ли данное тело полость внутри.

Инструкция № 2 (средний уровень)

1. Измерьте массу тела на рычажных весах.
2. Определите объём тела.
3. Рассчитайте плотность тела.
4. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

Название тела	Масса тела m, г	Объём тела V, см3	Плотность тела, ρ, г/см3

5. Сделайте вывод по проделанной работе.

Инструкция № 3 (низкий уровень) – см. описание в учебнике [1, с. 164].

 

Лабораторная работа «Градуирование пружины и измерение сил динамометром»

<...> (Для исследовательского задания предлагаются бельевая резинка, стальной шарик и магнит.) <...>

Предварительно учащимся предлагается прочитать в учебнике текст о динамометре в § 28.

Инструкция № 1 (высокий уровень)

<...> Дополнительные задания:

1. Определите, какую силу нужно приложить, чтобы растянуть предложенную бельевую резинку на 2 см. Точность измерения должна быть не ниже 0,1 Н. Результат запишите в тетрадь.
2. Подвесьте к динамометру на нити стальной шарик. Заметьте значение силы тяжести, которую показывает динамометр. Снизу к шарику поднесите магнит. Наблюдайте, что-то происходит или нет. Ответьте в тетради на следующие вопросы: а) Изменилась ли сила натяжения нити? Изменилась ли сила тяжести, действующая на шарик? Почему? б) Каковы показания динамометра в данном случае? Какую силу он показывает? (Ответ. Равнодействующую сил тяжести и магнитного взаимодействия шарика и магнита.)

Инструкция № 2 (средний уровень)

1. Укрепите динамометр с закрытой шкалой вертикально в лапке штатива. Отметьте карандашом горизонтальную черту в начальном положении указателя динамометра – это будет нулевое деление шкалы.
2. Подвесьте к динамометру груз. Также отметьте чертой на бумаге новое положение указателя динамометра. Это положение соответствует силе 1 Н.
3. Подвешивайте к динамометру второй, третий, четвёртый грузы, добавляя по одному и каждый раз отмечая положение указателя динамометра.
4. Снимите динамометр со штатива и напротив каждой из отметок поставьте цифры 0, 1, 2, 3… Выше цифры «0» напишите: «ньютон».
5. Измерьте расстояние между соседними чёрточками. Одинаковы ли они? Почему?
6. Не подвешивая к динамометру грузы, получите шкалу с ценой деления 0,1 Н.
7. Зарисуйте проградуированную шкалу динамометра в тетрадь.
8. Сделайте выводы по проделанной работе.

Инструкция № 3 (низкий уровень) – см. описание в учебнике [1, с. 165].

 

Лабораторная работа «Выяснение условия равновесия рычага»

<...> (Для исследовательского задания предлагается мешочек с песком массой больше 500 г.) <...>

Предварительная беседа с учащимися: • Что представляет собой рычаг? • Что называют плечом силы? • Как найти плечо силы? • Что такое момент силы? • Когда рычаг находится в равновесии?

Инструкция № 1 (высокий уровень)

<...> Дополнительное задание. Школьный динамометр имеет предел измерения силы до 4 Н. Придумайте, как с помощью этого динамометра и рычага определить вес тела, намного больший этого предела.

Инструкция № 2 (средний уровень) – см. описание в учебнике [1, с. 169].

 

Лабораторная работа «Определение выталкивающей силы, действующей на погружённое в жидкость тело»

(Для исследовательского задания дополнительно предлагается кусочек пластилина и пластмассовый шарик с полостью внутри.)

Предварительная беседа с учащимися: • Какая сила действует на тело, находящееся в жидкости? • Где у тела больший вес: в жидкости или в воздухе? • У вас есть тело, динамометр, стакан с водой. Как доказать, что тело в воде имеет меньший вес, чем в воздухе?

Инструкция № 1 (высокий уровень)

<...> Дополнительные задания:

1. Используя кусочек пластилина, определите, зависит ли архимедова сила от формы тела.
2. Определите, имеет ли шарик полость внутри?

Инструкция № 2 (средний уровень) – см. описание в учебнике [1, с. 167].

 

Лабораторная работа «Выяснение условий плавания тела в жидкости»

(Для исследовательского задания дополнительно предлагается кусочек пластилина.)

Предварительная беседа с учащимися • Как определить выталкивающую силу, действующую на тело? • Зависит ли выталкивающая сила от плотности жидкости? Где выталкивающая сила будет больше: в воде или вязком масле? • Как определить вес воды, вытесненной телом? • Как определить силу тяжести, действующую на тело в воздухе? • Когда тело будет плавать на поверхности жидкости? • В каком случае тело тонет?

Инструкция № 1 (высокий уровень)

<...> Дополнительное задание. Положите в пробирку кусочек пластилина, чтобы она плавала в воде. Изменится ли глубина её погружения, если этот кусочек пластилина приклеить: а) ко дну пробирки снаружи; б) к боковой поверхности пробирки? Объясните полученный результат.

Инструкция № 2 (средний уровень)

1. Повторите по учебнику § 50 о плавании тел.
2. Насыпьте в пробирку столько песка, чтобы она, закрытая пробкой, плавала в мензурке с водой в вертикальном положении и часть её находилась над поверхностью воды.
3. Определите выталкивающую силу, действующую на пробирку.
4. Выньте пробирку из воды и определите массу пробирки с точностью до 1 г. Рассчитайте силу тяжести, действующую на неё.
5. Насыпьте в пробирку ещё немного песка. Вновь определите выталкивающую силу и силу тяжести. Проделайте это несколько раз, пока пробирка, закрытая пробкой, не утонет.
6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

№ опыта	Выталкивающая сила, действующая на пробирку F, Н	Вес пробирки с песком Р, Н	Поведение пробирки в воде (плавает или тонет)

Сделайте вывод об условии плавания тел в жидкости.

Инструкция № 3 (низкий уровень) – см. описание в учебнике [1, с. 168].

 

Литература

1. Пёрышкин А.В. Физика. 7 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений. М.: Дрофа, 2009.

 

Наталья Викторовна Щербакова – учитель физики высшей квалификационной категории, награждена нагрудным знаком «Почётный работник общего образования Российской Федерации». Педагогический стаж 28  лет. Особое внимание уделяет проблемному методу обучения, постановке эксперимента, развитию исследовательских способностей учащихся. Ежегодно её ученики становятся победителями и призёрами городских физических олимпиад и НПК. Многие поступают на физические факультеты ТГУ, НГУ и других вузов. В свободное время занимается спортом, любит читать. Старшая дочь тоже выбрала профессию учителя.

Нелли Александровн Шумова – учитель физики высшей квалификационной категории, педагогический стаж 19 лет. Использует современные образовательные технологии: технологию внутриклассной дифференциации, информационные и здоровье­сберегающие технологии. Занимается самообразованием по проблеме «Разработка оптимальных вариантов создания образовательной среды в решении качественных задач по физике». Старается придерживаться требований к современному уроку: использует сравнительные и обобщающие таблицы, опорные конспекты, проблемные ситуации, творческие задания. Любит выращивать цветы и водить машину. Летом на своей «ласточке» с семьёй выезжает на приусадебный участок. Дочь Александра учится в Сибирском государственном индустриальном университете (г. Новокузнецк).