Навчальний експеримент у системі вивчення фізики в середній школі

§ 1. Системашкільногоекспериментуз фізики

Навчальнийексперименту школі є основоювивчення фізики.Без перебільшенняможна сказати,що якість знаньі практичиапідготовкаучнів з фізикиперебуваютьу прямій залежностівід якостіфізичногоексперименту.Шкільний фізичнийекспериментпідводить учнівдо розуміннясучасних фізичнпхметодів дослідження,виробляє у нихпрактнчнівміння і навички.

Підсистемою навчальногоекспериментурозуміютьсукупністьвзаємопов’язанихпредметівнавчальногообладнання,методів і методичнихприйомів, щовідповідаютьдомінуючійконцепціїнавчання івиховання.

Пройшовшитривалнй шляхрозвитку, шкільнийфізичний експериментперетворивсяз окремих дослідіву струнку снстемунавчальногоексперименту,яка охоплюєтакі його види:

1)демонстраційпідосліди, виконуванівчителем;

2)фронтальнілабораторніроботи;

3) роботифізичногопрактикуму;

4)експериментальнізадачі;

5)позакласнідосліди,

Усіці види шкільногофізичногоекспериментупідпорядкованізагальній метінавчання івиховання.Проте, крімцієї загальноїмети, кожен виднавчальногоекспериментумає більш вузькецільове призначення,свої особливостів методиці ітехніці проведенняексперименту.

§ 2. ЗМІСТІ ЗНАЧЕННЯДЕМОНСТРУВАНЬ3 ФІЗИКИ

Піддемонструваннямиз фізики розуміютьпокази фізичнихявищ і зв’язківміж ними. Демонструваннязвичайно поділяютьна дві групи:демонструваннясамих фізичнихявищ і демонструваннязасобів унаочнення(моделей, плакатів,слайдів таін.). Обидві цігрупи демонструваньвзаємно доповнюютьодна одну, алеосновою дляпедагогічногопроцссу є першіз них, тобтодемонструваннядослідів.

Демонструваннядослідів —активнийцілеспрямованийпроцес, у ходіякого вчителькерує відчуттямпта сприйманнямиучнів і на їхоспові формуєпевні поняттяй переконання.

Методі завданнядемонструваньможуть бутирізними. Здебільшогоїх застосовуютьпри розв’язуваннітаких дидактичнихзавдань:

а) створенняпочатковихуявлень профізичні явища(наприклад,демонструваннямеханічнихрухів, тепловоїдії струму);

б)формуванняфізичних понять;

в) встановленняфункціональнихзалежностейміж величинами(демонструваннязалежностіопору провідниківвід температури,залежиістьприскореннятіла від йогомаси та ін.);

г) підведенняучнів до розуміннясучасних фізичнихметодів до-слідження (осцилографічного, стробоскопічного, спектральногота ін.);

д) показупрактичногозастосуванняфізичних законівв інших наукахі техніці;

е) розкриттяпринципів,покладенихв основу деякихтехнологічнихпроцесів(електрофарбування,електроіскроваобробка матеріалів,міднення таін.);

є) показув мініатюріприродних явищ(грім, блискавка,північне сяйво,райдуга);

ж) формуванняпрактичнихумінь і навичоку поводженніз фізичноюапаратурою.

Демонструваннядослідів завждипов’язане звідповіднимипоясненнямивчителя. У зв’язкуз цим важливогозначення набуваєдоцільне поєднаннякласного експериментуіз словом учителя.Відомий педагогпрофесор Л. В.Занков визначивчотири формипоєднання словавчителя ідемонстраційногоекспернменту.

І фо р м а. Учнідістають навчальнуінформацію,спостерігаючидослід, у процесіпроведенняякого вчительдає відповіднівказівки іпояснення,спрямовуе вбажаному напрямірозумову діяльністьучнів.

ІІф о р м а. Учитель,спираючисьна спостереженняучнями наочнихоб’єктів і нанаявні у нихзнання, ведеїх до усвідомленняі формуваннятаких зв’язківу явищах, якихучні самостійноне можуть побачитив процесі сприймання.

ІІІформа. Відомостіпро об’єкт, щовивчається,учні дістаютьвід вчителя,а засоби унаочненняі досліди єпідтвердженнямабо конкретизацієюсловеснихповідомлень.

ІVф о р м а. Спираючисьна відомості,одержуваніучнями в процесіспостереження,учитель повідомляєпро такі зв’язкиміж явищами,які безпосередньоучнями неспостерігаються,або робитьвисновок, об’єднуючи,узагальнюючиокремі результатиспостережень.

Експериментальновстановлено,що більш міцній свідомі знаннядають І і ІІформи поєднаннядемонструваньі слова вчителя.Тому цим формамслід надаватиперевагу надіншими припроведеннідемонстраційногоекспериментуз фізики.

§ 3. ОСНОВНІВИМОГИ ДОДЕМОНСТРАЦІЙНИХДОСЛІДІВ 3 ФІЗИКИ

Демонстраційнийдослід передаєінформаціюв основномуза допомогоюзорових образів,тому забезпеченнядоброї видимостіпід час демонструвань— одна з найважливішихвимог до нього.Ігноруванняцієї вимоги,як правило,приводить допорушеннядисципліниі втрати учнямиінтересу допитань, щорозглядаютьсяна уроці. Потрібнавидимістьзабезпечуєтьсявідповіднимконструюваннямприладів, розміщеннямїх, а такожзастосуваннямдеяких спеціальнихзаходів і прийомів,виробленихпрактикоювикладання(про це мовайтиме далі).

Неменш важливоювимогою додемонстраційногоекспернментує наочністьйого. Під «наочністю»розуміють чіткуй зрозумілупостановкудосліду. Дляцього слідскладати найбільшпрості установки,використовуватиуже знайоміучням прилади.Учитель завждиповинен намагатисядосягти потрібногорезультатунайпростішимизасобами.

Кожнедемонструваннямає бути переконлнвим,не викликатисумнівів удостовірностіздобутих результатів.Тому, проводячидемонстраційнийдослід, требаповністю виключатиабо зводитидо мінімумурізні побічніявища, які можутьвідвертатиувагу учніввід основного.Для цього інколидоводитьсяпроводитидодатковідосліди. Наприклад,проводячидосліди з тіламирізних мас,треба пасампередпереконатиучнів у тому,що тіла справдімають різнумасу.

Психологічнідослідженняпоказують: чимсильнішою будедія дослідуна органи чуттів,тим міцнішевін запам’ятовується.Тому демонстраційнідосліди маютьбути достатньоемоційнимидля збудженняв учнів почуттів«здивованості»,«захоплення»,«незвичності»,тобто почуттів,необхіднихдля виникненняпроблемноїситуації.

Однимз найважливішихфакторівпедагогічногопроцесу є раціональневикористаннячасу. Вчителевізавжди потрібностежити, щобтемп виконаннядосліду відповідавтемпу сприйманняучнями демонстраційногоматеріалу.Значно зекономитичас на уроціможна в процесіпопередньоїпідготовкидосліду вчителем.Наприклад,тривалістькипіння водипри зниженомутиску можназначно скоротити,якщо воду братине холодну, азаздалегідьпідігріту.

Важливоюметодичноювимогою додемонстраційнихдослідів є їхнадійність.Невдале демонструваннязавжди порушуєнормальнийхід уроку, підриваєавторитетучителя і призводитьдо дезорганізаціїроботп в класі.Надійностідослідів добиваютьсяретельноюпідготовкоюїх, багаторазовоюперевіркою,вибором найбільшвдалих приладіві деталей.

Проведеннядослідів маєсприяти естетнчномувихованнюучнів. Критерієместетичностідосліду є насампередякість створенняпо-трібнихефектів дляправильногоформуванняуявлень провиучуванеявище.

Проведеннябудь-якогодосліду повиннездійснюватисьпри суворомудотриманніправил технікибезпеки.

§ 4. ФРОНТАЛЬНІЛАБОРАТОРНІРОБОТИ І ФІЗИЧНІПРАКТИКУМИ

Програмамиз фізики длясередньої школизначна частинанавчальногочасу відводитьсяна самостійневиконанняучнями лабораторнихробіт. При вивченніокремих питаньпрограми учніпід безпосереднімкерівництвомучителя внконуютьфронтальнілабораторніроботи. Особливістюїх є те, що всіучні класуодночасновиконують тусаму роботу.Це полегшуєпрацю вчителяна уроці, даючийому можливістьоперативнокерувати діяльністюучнів, конт-ролюватихід виконанняроботи на кожномуїї етапі. Залежновід змісту іскладностіфронтальноїлабораторноїроботи на виконанняїї може бутивідведено від5 до 45 хв. Наприклад,при вивченніфізики в 7 класілабораторнаробота «Одержаннязображеньмагнітнихполів» можебути виконанавсього за кількахвилин, а навиконанняроботи «Визначенняефективностіустановки зелектричнимнагрівником»потрібно відвестицілий урок.

Однимз видів навчальногоекспериментує фізичні практикуми,до яких включаютьсяскладнішілабораторніроботи, якіможуть бутипроведені вкінці великихрозділів. Особливістюфізичних практикумівє те, що припроведенніїх учні одночасновиконують різніроботи. Фізичніпрактикуми,як і фронтальнілабораторніроботи, учнівиконуютьіндивідуальноабо групами(2—3 учні) залежновід конкретнихумов школи,укомплектованостіїї фізичногокабінету.

Виконуючифронтальнілабораторніработи, учнідосліджуютьчи розглядаютьодне або невеликукількістьспорідненихпитань. Якщопроводятьсяфізичні практикуми,то в них требавключати ширшеколо питаиь,які стосуютьсявсього розділуабо навітьрізних розділів.

Кількістьвказаних упрограмахлабораторнихробіт, як іде-монстраційнихдослідів, єобов’язковою.Але вчителевідається правозалежно відумов школи,рівня підготовкиучнів певногокласу, методикививчення матеріалу,якої дотримуєтьсявчитель, замінюватилабораторніроботи рівноціннимиїм або більшефективними.Обов’язковимиє також організаційніформи проведеннялабораторнихробіт: передбаченіпрограмамифронтальніроботи повиннівиконуватисьфронтально.Бажано, звичайно,розширитикількістьфронтальнихлабораторнихробіт, якщо дляцього є відповіднеоб-ладнанняі роботи органічновплітаютьсяв процес вивченнятого чи іншогоматеріалу.Особливо цеслід робитипри вивченнітих розділів,в яких кількістьфронтальнихробіт, передбаченихпрограмами,незначна.

Важливоювимогою програмє обов’язковевикористаннячасу, що відводитьсяна фізичніпрактикуми,за прямимпризначенням.У програмахподано перелікробіт фізичногопрактикумуі вказуєтьсячас, відведенийна виконанняїх. Наприклад,у 9-му класі навиконання робітпрактикумувідведено 16годин і є перелік19 робіт. Учительможе вибратидля проведення8 робіт, розрахованихна 2 години кожна,а може поставити16 одногодиннихробіт. Зрозуміло,що список такихробіт учительможе дещо розширити,якщо для цьогоє відповіднеобладнанняй оригінальнідидактичніідеї.

Убільшості шкілфізичні практикумипроводятьнаприкінцінавчальногороку, але привідповідномуобладнанніфізичних кабінетівтакі практикумилогічно проводитипісля вивченнявеликих розділівпрограми. У 9класі, наприклад,один практикумдоцільно виконатинаприкінцівивчення питаньмолекулярноїфізики, а другий—наприкінцівивченняелектродинаміки.У 10 класі одинпрактикум можнапровести післявивчення теоріїколивань, адругий — післявивчення оптики,атомної і ядерноїфізики, Це дастьможливістьтісніше пов’язатифізичні практикумиз вивченнямпевного колапитань, їхузагальненнямі закріпленням.

Основнамета лабораторнихробіт: ознайомитиучнів з експе-риментальнимметодом дослідженняфізичних явищ;формуватирозумінняпринципіввимірюванняфізичних величин,оволодітиспособами ітехнікою внмірювань,а також методамианалізу похибок.

§ 5. РОЛЬЕКСПЕРИМЕНТУВ ПРОЦЕСІ ВИВЧЕННЯФІЗИКИ В ШКОЛІ

Навчальнийфізичний експеримент— одна з найважливішихділянок у системіоволодінняматеріаломфізики. Аналіздидактичнихможливостейнавчальногоекспериментупоказує, що вінможе бутивикористанийна різних етапахвивчення матеріалута з різноюдидактичноюметою.

Розглянемоосновні етапиоволодінняучнями навчальнимматеріаломі, виходячи зцього проаналізуємоможливостінавчальногофізичногоексперименту.Найефективнішимє так званийевристичнийметод вивченняматеріалу, колизначну частинунеобхіднихвисновків учніроблять самостійно,використовуючидані навчальногоексперименту(демонстраційного,фронтального,експериментальних.задач тощо).Основні етапидіяльностівчителя і учнівна уроці-можнапоказати схематично.

Насхемі ми показуємоне тільки послідовніетапи вивченняматеріалу, ай зазначаємоосновних виконавцівтієї або іншоїнавчальноіроботи. Це допомагаєчіткіше уявитироль учителяв кожний моментуроку, відповідноготуватнсьдо цього. Зрозуміло,що найбільшихуспіхів досягаютьті вчителі, яківміють організуватипроцес навчання,ефективнокерувати пізнавальноюдіяльністюучнів.

Схемаорганізаціїнавчальноїдіяльностіпри евристичномуметоді вивченняматеріалу

Підкерівництвомучителя учніповинні самостійновідшукатимак-симальноможливу кількістьінформації,яку потрібнозасвоїти. ЩеК. Д. Ушинськийвказував нанеобхідністьсаме такоїорганізаціїнавчальногопроцесу: «Якщонавіть припустити,що учень зрозумієдумку, поясненуйому вчителем,то і в такомувипадку думкаця ніколи невляжеться вголові йоготак міцно ісвідомо, ніколине стане такоюповною власністюучня, як тоді,коли він самїї виробить»(Ушинский К. Д.Собрание сочинений,т. 10. М.Л., Изд-воАПН, 1950, с. 422).

§ 6. ЗМІСТІ ЗАВДАННЯПРАКТИКУМУз методики ітехніки шкільногоФІЗИЧНОГОЕКСПЕРИМЕНТУ

Практикумз методики ітехніки шкільногофізичногоекспериментумає на метіознайомитистудентів зосновним обладнаннямфізичногокабінету середньоїшколи та методикоюі технікоюпостановкирізних видівнавчальногоексперименту:демонстраційнихдослідів, фронтальнихлабораторнихробіт, фізичнихпрактикуміві експериментальнихзадач. Структураі зміст завданьпрактикумупідпорядкованіпедагогічнійконцепції,згідно з якоюнайбільшийпедагогічнийефект від практикумуможна дістатитоді, коли студентиоволодіватимутьнеобхіднимивміннями інавичкамизастосовуватирізні видинавчальногоекспериментув їх єдності.У зв’язку з цнмроботн практикуму(за виняткомробіт з вивченняосновногообладнанняфізичногокабінету) включаютьу себе завданняз різнпх видівнавчальногоекспериментупід час вивченнятого чи іншогопитання шкільногокурсу фізики.

Передбаченийпрограмою часдля практикумуз методики ітехніки шкільногофізичногоекспериментудає змогу включитидо робіт практикумутільки найбільшскладні демонстраційнідосліди, а такожокремі лабораторніроботи, роботифізичних практикуміві експериментальнізадачі, якінайбільшоюмірою даютьзмогу зрозумітистудентамспецифіку цихвидів навчальногоексперименту.

Упроцесі виконанняробіт практикумукожен студентповинен оволодітитакими знаннями,уміннями інавичками:

1. Знатипризначенняі правилаексплуатаціїосновногообладнанняз фізики длясередньоїшколи.

2. Умітнскладати установкиза схемамн іописами, вміщенимив цьому посібникута в інших виданнях,на які в описахробіт практнкумузроблено посилання.

3.Оволодітиметодикою ітехнікою виконаннярізних видівшкільногофізичногоекспериментуз дотриманнямосновних дидактичнихвимог до них.

4. Умітисупроводжуватидосліди чіткими,вичерпнимиі короткимипоясненнямина рівні, доступномудля учніввідповідногокласу.

5.Оволодітинавичками вдотриманніправил технікибезпеки підчас проведеннявсіх видівнавчальногоекспернменту.

§ 7. ЗасобиНІТ у навчальномуфізичномуексперементі

Стрімкезбільшенняпотоку науковоїінформаціїу період технічногопрогресу людствапотребує своєчасногоадекватноговідбиття внавчальномупроцесі. Використаннязасобів новихінформаційнихтехнологій(НІТ) сприяєне лише покращеннюемоційногосприйняття,а й підвищеннюінформативностінавчальногоматеріалу,його наочностіта доступності.Фізика за своєюосновою єекспериментальноюнаукою. Шкільнийфізичний експерименттісно пов’язанийз теоретичнимнавчанням.

Навчальнийекспериментпередбачає:висуненнятеоретичноїгіпотези, якавимагає практичногопідтвердження,розробку методудослідження,постановкуексперименту,спостереженняза його ходом,зняття фізичнихпара-метрів,їх систематизацію,аналіз таузагальненняі формулюваннявисновків щодопроведеноїроботи. Зважаючина універсальність,комп’ютернутехніку можнавикористатина всіх етапахпроведенняексперименту.Це відкриваєнові, перспективніпідходи щодоотриманняекспериментальнихданих.

ЕфективністьзастосуванняЕОМ в експериментально-досліднійроботі зумовлюєтьсятакими чинниками:висока точністьрезультатівта їх достовірність,оскільки програмнізасоби уможливлюютьзастосуванняметодів, щознижуютьнагромадженняпохибок підчас округленнята обчисленняпроміжнихвеличин; скороченнякількостіскладних, дорогихі унікальнихприладів; підвищенняякості таінформативностідослідженняза рахунокретельнішоїобробки даних;збільшеннякількостіоб’єктів, щоконтролюються;підвищенняемоційноговпливу; скороченняциклів дослідженняна основіприскоренняпідготовкиі проведенняексперименту,оперативноговикористаннярезультатіваналізу, зменшеннячасу обробкита систематизаціїданих.

Комп’ютеризаціяекспериментурозширює обізнаністьучнів з досліджуванимфізичним явищем,формує навичкиі надає їмвпевненостіпід час використаннясучаснихекспериментальнихметодів, ознайомлюєз передовимизасобами пізнання,видами контролюза технологічнимипроцесами навиробництві,дає змогу по-новомурозглядатиметодику постановкишкільногоексперименту.

Сучасніперсональнікомп’ютери(ПК) уможливлюютьвикористанняЕОМ у досліднійроботі з підключеннямвідповіднихдопоміжнихпристроїв уролі засобівконтролю,реєструючихприладів, приладіввізуальноговідбиття таін. На екраніграфічногодисплея можнаформуватисистему шкалвольт-, ампер-іватметрів табагатьох іншихвимірювальнихприладів, щореєструютьпевні параметридосліджуванихоб’єктів. Векспериментально-досліднійроботі проміжпоюланкою міжЕіОМ і об’єктомдослідженняє датчики таперетиорюючіпристрої. Якправило, датчикисприймаютьінформаціюв аналоговомувигляді (температура,тиск, освітленість,вологість,напруга таін.), яку першніж «подати»до комп’ютера,необхідноперетворитив цифрову форму.Під час роботиз групою датчиківпрограмизабезпечуютьперіодичнеопитуваннястану кожногоз них. Післяобробки експериментальнихданих ЕОМ направляєрезультатив необхідномудля аналізувигляді напристрої виводу.

Длявикористанняапаратнихзасобів ЕОМ,опрацюваннясигналів, щонадходять, івиведеннярезультатіву зручній длясприйняттяформі створюютьвідповідніпрограмнізасоби обробкита дослідженнясигналів. Такіпрограми можутьбути спеціалізовані— призначенідля дослідженняконкретногофізичногооб’єкта, абоуніверсальні— для забезпеченняпевного видуекспериментів.Програмнізасоби, призначенідля забезпеченнясприйняттяіиформаціїпро зміну параметрівфізичних величинта їх характеристиквід датчиківта перетворюючихпристроїв дляїї наступноїобробки в цифровомувигляді, збереженнята реєстраціїна засобахвиводу, відносятьдо експериментально-дослідних.

Питаннякомп’ютеризаціїекспериментально-дослідноїроботи неодноразовопорушу-валисяв наукових танавчально-методичнихвиданнях, алеспецифікапідходу щодозастосуваннята їх інформативністьнедостатнідля використанняв шкільнійпрактиці. Виконаннятаких робіту навчальномупроцесі забезпечуєрозробленийпакет педагогічнихпрограмнихзасобів (ППЗ)«F(t)». Вінпризначенийдля демонстраціїі дослідженнязміни фізичнихвеличин з часомта експлуатаціїПК типу ІВМ РСяк осцилограф.ППЗ «F(t)»забезпечуєвізуалізаціючасових змінхарактеристикфізичних величин,що досліджуютьсяза допомогоюдатчиківрезистивноготипу (фото-, термо-,магніто- іга-зорезисторита ін.) та перетворювачів,підключенихдо аналогово-цифровогопорту вводуЕОМ ІВМ РС ісумісних зними. Інструментальнапохибка увимірюванняхта розрахункахна основірекомендованогопакету програмне перевищує5 %. Дослідженняпроводять усистемі з реальниммасштабомчасу.

ППЗ«F(t)» даєзмогу оцінитивідхиленняелектричниххарактеристикдатчика фізичноївеличини іпобудуватиграфічну залежністьзміни її па-раметрівз часом на екраніди-плея (типуEGA або VGA).Пакет «F(t)»передбачаєповний і посторінковийперегляддосліджуваногопроцесу апрок-симованоїграфічноїзалежностій проведенняйого функціональногодослідженняна основідиференціюваннята інтегруванняфункції зобчис-леннямплощі криволінійноїтрапеції тазнаходженнямабсолютнихекстремумівфункції. У пакетіреалізованаможливістькросуванняфункції длявизначенняїї значень убудьякий моментчасу дослідження.

Дляпокращенняпсихологічногосприйняття,інформативностіта слуховогоконтролю передбаченозвуковий супровідекспериментальногопроцесу. Враховуючиневеликі розміридисплея, щовпливає напогіршеннядемонстраційниххарактеристикПК, а також проблемипідключенняЕОМ з EGA таVGA дисплеямидо побутовихтелевізорів,у пакеті передбаченаможли-вістьвиведеннявідеоінформаціїз підвищенимконтрастом.Програма забезпечуєвивід результатівдослідженняна друкуючийпристрій дляотриманнятвердої копіїутвореноїграфічноїзалежностіта даних їїаналізу.

Основнимробочим файломпакета, якийзабезпечуєотриманняданих та керуванняекспериментальнимпроцесом єf(t).ехе. Інформаціяпро досліджуванийпроцес за умовчаннямзаноситьсяу файли данихf(t).dat таатрибутівf(t).аtгдля подальшоїобробки тазбереженняв бібліотеціекспериментальнихданих. За необхідностікористувачмає змогу створитиабо викликатиз бібліотекиданих (каталогОАТА) для дослідженнясвій файл збудьяким іншиміменем, щовідповідаєвимогам тасинтаксисуопераційноїсистеми MSDOS. До пакетатакож входятьдопоміжніфайли з довідковоюі технічноюінформацієюдля користувачівf(t).doc і f(t).shm,в яких описанопризначеннята можливостіППЗ «F(t)», йогоособливості,функціональніклавіші, схемиузгодженнята ін.

Датчикипід’єднуютьчерез стандартнийаналогово-цифровийпорт вводу/виводуЕОМ ІВМ РС задопомогоюузгоджувальногопристрою (мал.1.). Для отриманняінформащї щодостану датчиківзвертаютьсядо порту заадресою 0201h.

Наочністьта інформативністьспогляданняходу демоистраційногоекспериментузабезпечуєтьсябезпосереднімспостереженнямвикористаногообладнанняі засобів, атакож результатівобробки експериментальнихданих у графічномута цифрознаковомувигляді надисплеї ЕОМі копії, отриманоїна друкуючомупристрої.Передбаченозбереженняекспериментальнихрезультатівта функціональноїзалежності,добутих підчас досліджень,у бібліотеціданих для наступноговикористаниядля актуплізаціїопорних знань,на урокахузагальненнянабутих знань,умінь та навичок,а також підчас повторениянавчальногоматеріалу.

Такийкомп’ютеризованийпідхід до проведенняшкільногофізичногоекспериментурозширює обізнаністьучнів з досліджупанимиявищами, надаєїм впевненостіпід час використаннясучаснихекспериментальнихзасобів, ознайомлюєз персдовимиспособамипізнання, новимиінформаційними,навчальнимитехнологіями,сучаснимиметодами контролюза технологічішмипроцесами навиробництві,перспективнимиметодами науковихдосліджень,навчає розрізнятиреальні таідеальні об’єктифізики, створюєумови оновленняметодики татехніки постановкишкільиогодемонстраційногоекспериментуз фізики.

§ 8. Прикладнавчальногофізичногоексперименту

Дляілюстраціївище сказаногопропонуєтьсянавчальнийфізичний експериментдемонстраційнодослідногохарактеру, щозабезпечуєвивчення механічнихколивальнихпроцесів тасприяє засвоєниюзнань з такихрозділів фізики,як акустика,радіотехніка,електроніка,хвильова оптика,фізика атомаі ядра. Проведенняй постановкавідомих традиційнихекспсримептівдля вивченнямеханічнихколивань звикористаннямсамописців,пісочниць,крапельницьз метою дослідженнязакономірностейколивальнихрухів маютьнизку недоліків,пов’язанихв основномуз необхідністювиготовленнячисленнихвузькоспеціалізованих,принципововідміннихпристроїв.Використаннязасобів сучасноїелектронноїтехніки даєзмогу удосконалитидеякі класичнінавчальніексперименти.

Розглянемографічні способидемонструваннязалежностікоординатитіла фізичногомаятника відчасу з використаннямком’ютерноїтехніки.

Приладита обладнання:

штативз лапкою і муфтою;

фізичниймаятник (масивнетіло на тонкомуметалічномустержні — шпиці);з’єднувальніпровідники;змінний резистор(47 кОм); узгоджувальнийпристрій (мал.1), комп’ютерІВМ РС АТ зінстальованимпакетом ППЗF(t).

Підготовкадемонстрації.Механічножорстко з’єднуютьстержень фізичногомаятника звіссю змінногорезистора,корпус якогозакріплюютьу лапці штатйватак, щоб маятникміг здійснюватиколивальнірухи. Для зменшеннявпливу тертята забезпеченняточностіекспериментальнихданих зміннийрезистор маєбути функціональноїгрупи А (з лінійноюзалежністюопору від кутаповороту).Рекомендованийтип змінногорезистора —ПТП 1, ПЛ П 1 абоінші подібні.

Длязабезпеченнянавчальнихякостей експериментуслід передбачитиможливістьзміни масимаятника, атакож йогодовжини в межахвід 0,2 до 1,5 — 2 м.Стержень можнавиготовитизі стальногодроту діаметром1 — 2 мм. Контактизмінного резистораз’єднуютьгнучкими, скрученимиміж собоюпровідникамиз вхіднимиклемами узгоджуиальногопристрою (мал.1). Потім цейпристрій з’єднуютьз портом вводу-виводукомп’ютераІВМ РС АТ. Розта-шуваннякомпонентівдемонстраційноїустановкиповинно забезпечуватиодночаснеспостереженняколивань маятникай експериментальноїграфічноїзалежностіна екрані дисплея.

Хідексперименту.

Вмикаютькомп’ютер іактивізуюгьППЗ «F(t)». Входятьу розділ меню«Make date of process» ізгідно з передбаченимиППЗ розділамивводять основніхарактеристикидосліджуваногопроцесу:

1.Максимальноможливе амплітуднезначения зміщеннямаятника Х(см), що передбачаєтьсязафіксуватив процесідослідження.Значення зміщенняможна спостерігатипо осі ординат.

2. Часодного раундуt (с), що фіксуєтьсяпо осі абсцис.За часом одногораунду визначаютьчас, необхіднийдля проходженняпроменем робочоїчастини екраназліва направо.Дані, відображеніна біжучомуекрані (сторінці),зберігатимутьсяв пам’яті.Тривалістьодного раундувибираютьтакою, щоб можнабуло детальнорозглянутизміну параметрів,оскільки ППЗпередбачаєроботу в реальномумасштабі часу.

3.Літерне позначеннядосліджуваноївеличини, щореєструєтьсяна осі ординаті в подальшомувикористовуєтьсядля описуфункціональноїзалежностіїї зміни з часом«F(t)».

Післявводу характеристикпроцесу наекрані дисплеяз’являютьсяосі координатіз заданимивеличинами,а також біжучіпараметри, щоха-рактеризуютьхід експериментальногопроцесу: часдослідження,миттєве значеннядосліджуваноївеличини, номерробочої сторінкита ін. Комп’ютерпереходитьдо режиму реєстраціїі збереженняданих від датчика,їх обробки івиводу результатівна екран дисплеяв графічномувигляді.

Длядемонструванняграфічноїзалежностікоординатифізичногомаятника відчасу використовуютьмаятник з якомогабільшою довжиноюстержня (длязбільшснняперіоду коливань)і масою вантажу(для зменшеннявпливу силитертя). На початкуекспериментувідхиляютьмаятник відположеннярівноваги іспостерігаютьсинхроннізміщенияелектронногопроме-ня наекрані ЕОМ.Повторюютьспостереженнядля різнихзначень зміщеннямаятника. Звертаютьувагу на те,що під часзбільшеннямиттєвогозміщення маятникаспостерігаєтьсявідповіднебільше відхиленняелектронногопроменя. Наоснові цьогодоходять висновку,що відхиленняпроменя змінюєтьсяпро-порційнозміщенню маятникавід положеннярівноваги,тобто йогомиттєвомузміщенню.

Зміщуютьмаятник відположеннярівноваги наневеликий куті відпускають.У процесідослідженняспостерігаютьза коливанняммаятника іодночаснимвіддзеркаленнямграфічноїзалежностіна екрані дисплея.Експери-ментповторюють,змінюючи довжинумаятника (стержня).Доходять висновкупро залежністьперіоду коливаньвід довжинимаятника. Вразі потребивідтворюютькопію графічноїзалежностіна друкуючомупристрої (мал.2).

Підчас розглядузатухаючихколивань масувантажу маятникаслід зменшити.Виводять маятникз положеннярівноваги і,спостерігаючиза його коливаннямиі функціональноюзалежністюна екрані дисплея,звертаютьувагу учнівна те, що коливанняз часом припиняються.Крім того, слідзвернути увагуна те, щоз часом зменшуєтьсялише амплітудаколивань , ане їх період,як іно-ді помилководумають учні.

Дляспостереженнязатухаючихколивань збільшуютьмасу маятника,надають йомуможливістьздійснювативільні коливаиня,які відбуватимутьсяпротягом тривалішогочасу. За графікомколивань доходятьвисновку прооберненуекспоненціальнузалежністьзміни амплітудиколивань зчасом (мал. 5).

Післязакінченняроботи аналізуютьрезультатидослідження,користуючисьданими, щозберігалисяна запамтовуючихпристрояхкомп’ютера.При цьомувикористовуютьрозділи меню«Page of process» дляпосторінковогопереглядудосліджуваногопроцесу або«Show the whole process» дляодночасногоспостереженнявсієї залежностіна екрані.Покращенняде-монстраційнихта інформаційнихякостей можнадосягнути,скориставшисьсервіснимифункціями ППЗ«F(t)»:задіяти кросуванняфункції, вивестикоординатнусітку, відтворитизображенняв чорнобіломурежимі з підвишеноюконтрастністюдля спостереженняу великихаудиторіях,задіяти аудіосупровідта ін. Подібнийаналіз доцільнопроводити звикористаннямкопій, які отриманоза допомогоюдрукуючогопристрою.

Заключення

Уданій роботібула розглянутаметодика татехніка проведеннянавчальногоекспериментуу системі вивченняфізики в середнійшколі. Булирозглянутірекомендаціїстудентам, якіпроходятьпрактику викладанняфізики в школіщодо навчальногоексперименту.На прикладібула продемонстрованасхема проведеннянавчальногоекспериментуз використаннямсучасних методівучбовогодослідження.Добре висвітлено,що навчальнийексперименту всіх йогоформах є важливоючастиною учбовогопроцесу.

13

Список використаноїлітератури

1. Є.В.Коршак, Б.Ю.Миргородський«Методика ітехніка шкільногофізичногоексперементу»К. «Вища школа»1981 – 278 с

2. Н. М. Шахмаєв,Н.І. Павлов«Физическийексперементв средней школе»М. «Просвещение»1991 – 223 с.

3. Журнал«Физика в школе»1999

4. Журнал«Фізика іастрономія»1999

11

Зміст

2