I. Физический эксперимент в школе

Часть 1

В двух частях

К лабораторному практикуму по курсу

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

«Методика преподавания физики в школе»

Гомель · 1996

Составители С. В. Шалупаев,

В. В. Свиридова

Рекомендовано к печати методическим советом

физического факультета Гомельского государственного

университета им. Ф. Скорины.

Шалупаев С. В.. Свиридова В. В. Методические указания к лабораторному практикуму по курсу «Методика преподавания физики в школе». Пособие для студентов физических специальностей. В 2-х ч. Ч. 1. - Гомель: Изд-во ГГУ им. Ф. Скорины, 1996. - 40 с.

В физике источником знаний и методом исследования явля­ется эксперимент. Школьный учебный эксперимент представляет собой отражение научного метода изучения физических явлений, поэтому ему (хотя он и не тождественен научному) должны быть присущи основные элементы физического эксперимента, по которым учащиеся смогут получить представление о научном методе.

Учебный эксперимент – это воспроизведение с помощью специальных приборов физического явления (реже – исполь­зование его на практике) на уроке в условиях, наиболее удобных для его изучения. Поэтому он служит одновременно источником знаний, методом обучения и видом наглядности.

Рассмотрим отдельные виды лабораторно-практических работ.

Для фронтальных лабораторных работ и опытов общим является такой метод проведения, при котором учащиеся выполня­ют одно и то же задание на однотипном оборудовании. Фронталь­ный метод имеет ряд важных преимуществ в условиях классно-урочной системы общения. Прежде всего, он позволяет тесно вя­зать лабораторные работы, наблюдения и опыты с изучением мате­риала. С демонстрационным экспериментом учителя, его объяснением, решением задач и опросом учащихся.

Типовая схема урока – лабораторной работы следующая: вступительная беседа, выполнение экспериментов учащимися, об­работка полученных результатов и подведение итогов работы. Во вступительной беседе следует выяснить готовность учащихся к соз­нательному выполнению лабораторного эксперимента путем фрон­тального опроса по материалу, знание которого необходимо для проведения этого опыта.

Целесообразно, чтобы каждое звено состояло из одного-двух учеников (недопустимо, если в звене 3–4 или более человек); немаловажен с точки зрения эффективности общения всех учащихся и состав звеньев (сильный-слабый, слабый-слабый, сильный-сильный), но, тем не менее, вряд ли целесообразны специальные указания учителя относительно состава звеньев; в большинстве слу­чаев лучше полагаться на их самостоятельную комплектацию.

Инструкция к лабораторной работе должна включать номер и название работы: краткие теоретические сведения и объяснение её цели (последнее преимущественно в IХ–ХI классах, а в VII–VIII классах название работы и ее цель почти всегда совпадают).

В конце урока, после выполнения измерений и основных вы­числений большинством учащихся, все полученные данные и выво­ды обсуждаются коллективно под руководством учителя.

Лабораторный практикум по физике представляет со­бой более высокую форму организации лабораторно-практических занятий по сравнению с фронтальными работами. Его отличает, прежде всего, большая самостоятельность учащихся, более совер­шенная и сложная экспериментальная база. Практикум проводится после изучения какого-либо раздела курса или чаще всего в конце учебного года с целью повторения и углубления пройденного, раз­вития самостоятельности и инициативы учащихся, их умений и на­выков, особенно навыков политехнического характера и т.д. По те­матике работы практикума должны дополнять, а не дублировать фронтальный лабораторный эксперимент.

Для обеспечения целенаправленного и эффективного руково­дства учебной деятельностью школьников необходимо заранее со­ставить к каждой работе инструкции, напечатать их в нужном ко­личестве, сделать к ним рисунки и схемы, подобрать вспомогатель­ную и справочную литературу. Такие письменные инструкции яв­ляются важной частью учебного оборудования, и их надо сделать не наспех, а добротно, аккуратно, лучше всего вкладывать их в проч­ные папки с указанием на последних номера и названия работы.

Обычно инструкция включает: 1) краткие сведения по теории вопроса, изложение одного из способов определения искомой ве­личины; 2) перечень приборов и краткое описание тех из них, ко­торые неизвестны ученикам; 3) описание хода выполнения работы; 4) указание о порядке записей результатов измерений и способе вычисления погрешностей. Кроме того, в инструкцию входят кон­трольные вопросы и дополнительные экспериментальные задания и упражнения.

Непосредственно перед выполнением практикума нужно про­вести с учениками вводную беседу о задачах практикума, его со­держании, об организации и графике выполнения работ, специаль­ных правилах поведения во время занятий; в этой беседе следует дать анализ каждой работы с указанием специфических условий ее выполнения и специальных правил техники безопасности; расска­зать о приемах измерений и правилах пользования измерительными приборами, об анализе погрешностей и приближенных вычислени­ях, форме отчета и сроке его сдачи учителю. В заключение нужно разделить учащихся на звенья (в случае необходимости – на подгруппы), раздать им согласно графику инструкции к следующей ра­боте и указать дальнейший порядок обмена инструкциями между звеньями, объяснить, как следует готовиться дома к работе и како­вы требования при допуске к ее выполнению. (Поскольку среди учащихся будут такие, которые не успеют выполнить работу за от­веденное на нее время, желательно, чтобы практикум по физике проводился на последних уроках.)

Содержание отчета о выполненной работе практикума (оформляемого в специальной тетради) должны составлять схемати­ческий рисунок установки, с помощью которой был осуществлён эксперимент, описание хода опытов, результаты наблюдений и из­мерений, обработка данных эксперимента (вычищение средних значений величин погрешностей, заполнение таблиц, построение графиков, запись конечного результата). В него включаются также описание дополнительных заданий и ответы на контрольные во­просы (такие сведения из инструкции, как перечень приборов и ма­териалов, описание устройства приборов, примечание к правкам их эксплуатации и т.п., повторять в отчете нецелесообразно, так как они не отражают понимания школьниками сущности выполненного эксперимента.)

II.ПРИБЛИЖЕННЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ В КУРСЕ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ.

Разность между приближенным значением x_изм и точным x_ист

характеризует отклонение полученного результата от истинного значения искомой величины и называется абсолютной погрешно­стью измерения.

Максимальная абсолютная погрешность Δx является верхней границей погрешности |δx|.Она определяется нера­венством

и принимается за количественную оценку точности измерения.

С целью упрощения терминологии величину Δx принято на­зывать абсолютной погрешностью измерения или про­сто погрешностью, понимая под этим модуль границы абсолют­ной погрешности.

Результат измерения записывают в следующей форме

Приведенная форма записи приближенных чисел называется интервальной.

Для определения и сравнения точности измерений ис­пользуют относительную погрешность – отношение абсолютной погрешнос-ти к значению измеряемой величины:

ε =

Значащими цифрами числа называются все его цифры, в том числе и нули, если они не расположены в начале числа.

Цифра приближенного числа называется верной, если его аб­солютная погрешность не превышает одной единицы того разряда, в котором стоит данная цифра. Например, в приближенном числе 46±2 абсолютная погрешность 2 не превышает одного десятка (2<10) но превышает одну единицу (2>1). Поэтому в приведенном приближенном числе цифра 4, стоящая в разряде десятков, являет­ся верной, а о цифре 6, стоящей в разряде единиц, этого сказать нельзя. Цифра, стоящая за последней верной, является не вполне точно определенной: в ней содержится погрешность, поэтому она называется сомнительной. Цифры приближенного числа, стоящие после сомнительной, неверные. Действительно, так как сомнитель­ная цифра не может быть определена точно, то цифры последую­щих более младших разрядов невозможно найти и даже оценить. Поэтому неверные цифры, как не содержащие реальной информа­ции, бессмысленны и должны быть отброшены. Например, в при­ближенном числе 307,25±4 пять значащих цифр 3,0, 7, 2, 5. Из них две первые 3 и 0 – верные, третья цифра 7 – сомнительная, а две последние 2 и 5 – неверные. Значит, правильной будет запись 307±4. В случае приближенного числа 120,385±0,5 следует писать 120,4±0,5. По той же причине для числа 48,02±0,3 грамотной будет запись 48,0±0,3. Во всех случаях в последнем разряде приближен­ного числа стоит сомнительная цифра, неверных цифр нет.

Измерением называется нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. В школьной практике встречаются два вида измерений: прямые и косвенные.

Прямым называется такое измерение, при котором значение искомой величины находится непосредственно из отсчета по прибору. Например, измерение длины линейкой, времени секундо­мером, силы тока амперметром и т.д.

Косвенное – это такое измерение, при котором значение определяемой величины находится по формуле как функция других величин. Например, нахождение плотности вещества по массе m и объему V тела (ρ = m/V), сопротивления R резистора по падению напряжения U силе тока I в данном резисторе (R = U/I). При изме­рении находится не абсолютно точное, а приближенное значение искомой физической величины. Иными словами, в полученном ре­зультате измерения содержится погрешность.

При записи результатов измерений в интервальной форме не­обходимо придерживаться следующих правил.

1. Результат измерения записывается вместе с его погрешно­стью:

правильно: неправильно:

V= (125 ± 5) см³ V=125 см³

2. Погрешность округляется с избытком до одной значащей цифры:

правильно: неправильно:

Δt= 0, 4 с Δt= 0,38 с

Δh= 5 мм Δh= 4,4 мм

3. Конечный результат округляется так, чтобы его последняя цифра и значащая цифра абсолютной погрешности принадлежали к одному и тому же разряду:

правильно: неправильно:

I = (124,0±0,2) см I = (124±0,2) см

v = (1,54±0,03) м/с v = (1,542±0,03) м/с

4. Если в ответе содержится множитель вида 10ⁿ, то показа­тель степени n и в результате и в его абсолютной погрешности дол­жен быть одинаковым:

правильно: неправильно:

R = (1,24±0,03)·10⁵ 0м R= (1,24·10⁵±3·10³)0м

5. Измеряемая величина и ее абсолютная погрешность выра­жаются в одних единицах:

правильно: неправильно:

I = (0,240±0,005) А I= 0,240 А ±5 мА

или I= (240±5) мА

Дата добавления: 2014-11-07