Предлагаются некоторые комментарии и рекомендации к работам, описанным в тетради для экспериментальных исследований учащихся X классов (издательство «Сэр-Вит»).

Уже четвертый учебный год ученики наших школ будут выполнять предусмотренные учебной программой по физике экспериментальные исследования. Многие учащиеся осознают, что экспериментальное исследование – это метод проверки гипотезы, в которой в неявном виде потенциально содержится новое для исследователя знание. Сначала учащимся предполагается наличие того или иного эффекта, та или иная закономерность в зависимости между физическими величинами, а затем с помощью исследования это гипотетическое знание подтверждается или опровергается.

Тем более это понятно педагогу. Поэтому учителями принят как аксиома принцип опережающего проведения исследований, т.е. экспериментальное исследование должно проводиться до того, как материал презентован учителем или изучен по учебнику [2].

Более того, следование данному принципу является сообразным природе ребенка, обеспечивает высокую учебную мотивацию и познавательную активность учащихся. Попробуйте сделать наоборот: сначала изучить, скажем, формулу периода колебаний математического маятника, а потом предложить ученикам исследовать зависимость периода колебаний маятника от его длины. Что о вас подумают ваши ученики?!

Сами экспериментальные исследования являются средством получения новых для учащихся знаний.

Экспериментальные исследования важны учащимся, которые изучают физику не только на повышенном, но и базовом уровне, поскольку владение исследовательской компетентностью актуально для каждого человека.

В издательстве «Сэр-Вит» выходит в свет подготовленная нами тетрадь для экспериментальных исследований учащихся X классов [5]. В этой тетради, как и в предыдущих, соблюден оправдавший себя поуровневый подход к организации ученических исследований. Предполагается, что учащиеся, у которых еще недостаточно сформировалась исследовательская компетентность, будут выполнять работу по варианту Б, где даны подробные рекомендации.

Предлагаем некоторые комментарии и рекомендации к описанным в тетради программным экспериментальным исследованиям.

1. Определение предела упругих деформаций пружины

Для проведения исследования необходимы две самодельные пружины, сделанные из одного материала (например, медной проволоки), отличающиеся друг от друга, например, радиусом витков или их числом при одинаковой длине пружины.

2. Изучение связи между силой трения скольжения
и площадью соприкасающихся поверхностей

Для проведения этого исследования лучше использовать деревянный брусок, площадь граней которого заметно различается, и набор грузов массой по 102 г.

3. Сравнение коэффициентов трения покоя и трения
скольжения на различных поверхностях

Рекомендуем опыт проводить сразу с одним грузом (102 г), при повторении опыта лучше использовать брусок с тремя грузами.

4. Проверка закона сохранения механической
энергии при неупругих столкновениях

Пластилиновые шарики рекомендуем подвешивать на нитях, длина которых 35-45 см, так, чтобы при проведении опыта был обеспечен центральный удар. Основная трудность при проведении данного исследования заключается в точном определении высоты, на которую поднимутся шарики после неупругого удара. Поэтому рекомендуем опыт проводить не менее 5 раз. Выполнение опыта значительно упрощается, если его проводить вдвоем; при этом можно обеспечить меньшую погрешность измерений.

5. Изучение устойчивости равновесия тела в зависимости
от положения его центра тяжести

Трудность постановки данного исследования заключается в определении способа установления зависимости устойчивости тела (опрокидывающей силы) от высоты его центра тяжести. Действительно, нужно, чтобы в процессе проведения опыта изменялась лишь высота нахождения центра тяжести тела, т.е. должна быть лишь одна переменная. Другие параметры не должны изменяться. Поэтому мы отказались от предложенной в статье [1] идеи проведения опыта с деревянным бруском.

Наиболее приемлемым, на наш взгляд, является применение высокой картонной коробки, в которой с помощью спицы можно на разных высотах подвешивать массивное тело, например стограммовый груз. Для этого в грузе нужно предварительно сделать отверстие. Коробкой может служить литровая упаковка от молока со срезанной крышкой. Для удобства закрепления груза на противоположных стенках коробки по всей высоте, через каждые 2–3 см желательно сделать небольшие отверстия для спицы. Одна из стенок может иметь прорезь шириной 1,5–2 см по всей высоте. Наличие прорези облегчит учащимся задачу крепления груза на различных высотах.

Поскольку коробка будет изготовлена из легкого материала, а выбрано достаточно массивное тело, то можно полагать, что положение центра тяжести коробки с телом будет совпадать с высотой расположения центра тяжести этого тела.

6. Изучение условий плавания тел в жидкости

Как оказалось, лучше всего для проведения исследования по этой теме использовать небольшой (приблизительно 1–1,5 см в диаметре) пробковый шарик, который покрывается пластилином. В зависимости от массы пластилина тело будет плавать на поверхности воды, плавать в ее толще или тонуть.

7. Исследование зависимости периода колебаний
математического маятника от его длины и амплитуды колебаний

Для проведения исследования по этой теме можно воспользоваться разработкой урока, помещенной на сайте: http://festival.lseptember.ru/2005_2006/ index. php?numb_artic=310976

8. Исследование зависимости периода колебаний тела
на пружине от массы тела,
жесткости пружины и амплитуды колебаний

Пояснить учащимся, как, имея одну пружину, исследовать зависимость периода колебаний пружинного маятника от жесткости пружины, можно следующим образом. Если груз подвесить только к нижней четверти пружины, зажав соответствующий ее виток в лапке штатива, то ее жесткость будет k₁, пружина растянется на х; подвесим груз к половине пружины – жесткость станет k₂, а удлинение пружины – 2х; сделаем рабочей 3/4 пружины – жесткость станет еще меньшей – k₃, а удлинение – 3х. Если груз подвесить к полной пружине, то удлинение будет равно 4х, а жесткость – k.

Теперь рассчитаем, как k₁, k₂, k₃ соотносятся с жесткостью k всей пружины.

Во всех случаях пружина растягивается силой m∙g, поэтому по закону Гука: m∙g = k₁∙x, m∙g = 2k₂∙x, m∙g = 3k₃∙x, m∙g = 4k∙x.

Отсюда следует: k₁ = 2k₂ = 3k₃ = 4k. Из этого следует, что k₁ =4k; k₂ = 2k;  .

Оценка выполненных учащимися
экспериментальных исследований

Предложенная нами методика организации исследований учащихся предоставляет много возможностей для проявления и осуществления оценочной деятельности самих учащихся. Они это делают, оценивая свои исследовательские возможности и успехи при:

• выборе варианта выполнения работы (А или Б);

• сравнении своих результатов с тем, что предполагалось в гипотезе;

• сравнении своих ответов на контрольные вопросы с ответами одноклассников, разъяснениями учителя.

К перечисленному добавим, что полезным для формирования самооценки учащихся может быть представление учителем в заключительной части урока «идеального» исследования по данной теме.

Что касается выставления отметок в журнал, то здесь есть определенная трудность: с одной стороны, ясно, что учащийся, который самостоятельно и верно выполнил исследование по варианту А, достоин «десятки», с другой стороны, установка учителя на обязательное выставление отметок в классный журнал часто приводит к обману, поскольку учащиеся могут «списать» рекомендации авторов тетради, которые помещены в варианте Б.

Более того, обязательное выставление отметок детерминирует то, что учащийся меньше думает о физике исследуемого явления, а больше – о том, как сделать хорошим отчет о работе, заполнив пустоты в инструкции варианта А. В статье [3] предложено несколько возможных способов выхода из названного методического противоречия.

1. Дорофейчик, В.В. Методические рекомендации по проведению экспериментальных исследований по физике в X классе / В.В. Дорофейчик, И.И. Жолнеревич // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2007. – № 1. – С. 5–8.

2. Запрудский, Н.И. Экспериментальные исследования учащихся: актуальность, проблемы и поиск решений / Н.И. Запрудский // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2005. – № 2. – С. 25–28.

3. Запрудский, Н.И. Об организации экспериментальных исследований учащихся VIII класса / Н.И. Запрудский, А.Л. Карпук // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2005. – № 1. – С. 11.

4. Запрудский, Н.И. Об организации экспериментальных исследований учащихся IX класса / Н.И. Запрудский, В.В. Токарская // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2006. – № 4. – С. 15.

5. Запрудский, Н.И. Тетрадь для экспериментальных исследований учащихся, 10 класс / Н.И. Запрудский, К.А. Петров. – Сэр-Вит, 2007. – 52 с.

6. Кларин, М.В. Характерные черты исследовательского подхода: обучение на основе решений проблем / М.В. Кларин // Школьные технологии. – 2004. – № 1. – С. 11–24.

7. Кларин, М.В. Обучение исследованию: модель систематического сбора данных, выдвижения и проверки гипотез / М.В. Кларин // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2007. – № 1. – С. 3–4.

8. Осипенко, Л.Е. Формирование представлений школьников об эксперименте как методе научного познания на уроках физики / Л.Е. Осипенко, Т.С. Пролиско // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2006. – № 2. – С. 40–45.