Эксперименттік есептер
МАЗМҰНЫ
Кіріспе…………………………………………………………………………………………………….3
І тарау.
1.1. Эксперименттік есептердің маңызы…………………………………………………..
1.2.Есептердің классификациясы…………………………………………………………….
1.3.Есептердің дұрыс шығарылуын тексеру……………………………………………
1.4. Эксперименттік есептерді оқыту барысында қолдану…………………………………………………………………………………………………
1.5. Эксперименттік есептер шығару арқылы эксперименттік дағдыны қалыптастыру………………………………………………………………………………………..
ІІ тарау.
2.1. Эксперименттік есептерді шығару әдістемесі…………………………………..
2.2. Эксперименттік зерттеу сипатындағы жеке тапсырмаларды орындау………………………………………………………………………………………………..
2.3. Физикалық эксперименттік есептердің қойылуы……………………………..
2.4.Физикадан эксперименттік есептер шығару………………………………………
Қорытынды…………………………………………………………………………………………..
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі…………………………………………………………..
Кіріспе
Физика – экспеименттік ғылым. Физиканың даму тарихына үңілсек, аса ірі жаңалықтардың көбі эксперимент нәтижесінде ашылғанын көрер едік. Эксперимент физика ғылымдарында негізгі таным әдістерінің бірі болып табылады. Ұлы ғалым М.В.Ломоносов табиғат туралы ғылымдарда эксперименттің маңызы жөнінде былай деген: «Мен тек қиялдан ғана туған мың пікірден гөрі бір тәжірибені жоғары қоямын».
Физиканы оқыту процесінде эксперимент-оқыту әдісі және білім көзі бола алады. Мектептегі жасалатын эксперименттерді физика ғылымындағы іргелі тәжірибелердің қарапайым және көрнекті түрде қайталануы ретінде қабылдау керек. Оқу эксперименттерінің төмендегідей артықшылықтары бар:
- физикалық құбылыстың жүру процесін көрнекі түрде оқушыға жеткіз;
- әртүрлі заңдарды және теорияларды тиімді түрде оқушыларға түсіндіру;
- оларға қоршаған орта жөнінде танымдық информация беру;
- оқушыларда терең және берік физикалық білім қалыптастыру;
- олардың шығармашылық қабілетін және физикалық ойлауын дамыту;
- физикалық шамаларды өлшеу білігі мен дағдысын қалыптастыру және т.б.
Дегенмен, оқу процесінде аталған дидактикалық мақсаттар толық орындалмай жатады. Оның себебі – демонстрациялық эксперименттерді және лабораториялық сабақтарды өткізуге бөлінген уақыттың аздығында және аталған оқыту әдістерінің мүмкіндіктерінің шектеулігінде. Сондықтан да, мектептегі физиканы оқыту барысында эксперименттік есептерді оқушыларға шығартып отырған жөн. Айта кететін бір жайт, мектептегі физика оқулығында және есептер жинағында мұндай есептер өте сирек кездеседі.
Жалпы айтқанда, эксперименттік есептер деп шығару барысында бірден-бір әдіс ретінде физикалық эксперимент ғана қолданылатын есеп түрін айтады. Мұндай есептер шығару барысында оқушы физикалық шаманы есептейді; физикалық құбылыстың жүру процесін зерттейді және заңдар мен заңдылықтарды тағайындайды; әр түрлі құрылғыларды жинайды т.б.
Эксперименттік есептердің маңызы
Мәтіндік есептерге қарағанда, эксперименттік есептерді шешу үшін уақыт көбірек жұмсалады, сондай-ақ тәжірибені жасауда оқытушыдан да, оқушыдан да белгілі бір шеберлікті, біліктілікті талап етеді. Алайда осындай есептерді шешудің арқасында физика пәнін оқыту мәселесіне оңды әсер болары анық. Эксперименттік есептердің негізгі артықшылықтарының ішінен мына төмендегілерді атап өтуге болады:
- Эксперименттердің кез келгені сияқты, эксперименттік есеп те оқушылардың сабақтағы белсенділігін, логикалық ойлау қабілетін арттырады, түрлі құбылыстарға сараптама жасауға үйретеді және баланың сабақтарда жинаған теориялық білімі мен тәжірибелік шеберлігін жұмылдыра отырып, терең ойлау қабілетін арттырады.
Эксперименттік есептерді шешу мәселесі балаларды өз белсенді білімін арттыруға және әлемді белсенді түрде білуге құштар болуға үйренеді.
- Эксперименттік есептер балалар білімінің формалды болуымен күресте көмек көрсетеді. Эксперименттік есептерді талқылау барысында балалар белгілі мысалдың көмегімен өз білімдерінің өмірге әбден қажет екендігіне, сол білімнің арқасында түрлі физикалық құбылыстарды алдын ала болжауға болатындығына, олардың заңдылықтарына сүйене отырып, тіптен, кейбір құбылыстарды басқаруға да болатындығына көз жеткізе алады. Сондықтан да теориялық, кітаби түсініктер шынайы мағынаға ие болады.
Эксперименттік есептер шығару нәтижесінде оқушылар терең, көңілдеріне тоқылған біліммен қатар, оны өмірде қолдана білу тәжірибесін де алып шығады.
- Эксперименттік есепті жүйелі түрде қолдану нәтижесінде оқушыларда ғылыми дұрыс дүниетаным қалыптасады.
Осындай есептерді шеше отырып, оны тәжірибелер арқылы тексере отырып, оқушылар әрқашан өздерінің алып жүрген білімінің растығына, физика заңдарының шынайылығына және теориялық білімнің көрсеткіші тәжірибе екендігіне, адамзатқа тек тәжірибе арқылы тексерілген білім ғана қажет екендігіне көз жеткізеді.
Әрбір эксперименттік есепті шығару барысында оқушылар құбылыстар арасындағы нақты байланыстар мен физикалық өлшемдердің өзара тәуелділігін көреді, қоршаған ортадағы құбылыстарды түсіну үшін және кейбір мәселелерді шешуде тәжірибелердің маңызы зор екендігін байқайды.
- Эксперименттік есептерді өз бетімен шешу арқылы оқушылар білімін белсенді түрде жетілдіре отырып, шығармашылық зерттей білу қабілетін арттырады. Бұл жерде олар тек есеп шығару жоспарын жасап қана қоймайды, сондай-ақ кейбір мәліметтерді алу жолдарын анықтаумен қатар, өз бетімен қажетті жабдықтарды құрастыру, тіптен, кейбір жасауларына да тура келеді.
- Эксперименттік есептерді талқылау кезінде оқушылар өлшемдер нәтижесіне сын көзбен қарап, тәжірибенің жүргізілу жағдайларына мұқият назар аудара білуді әдетке айналдырады. Тәжірибе жұмыстары барысында оқушылар өлшемдердің көрсеткіштері әрқашан салыстырмалы түрде, шамамен алынатындығын, олардың туралығына түрлі себептер әсер ететіндігіне көзі жетеді. Сондықтан да, эксперимент жасаған кезде барлық кері әсер ететін жағдайлардан арылуға тырысу қажет.
- Экспеименттік есеп шығару оқушылардан қажетті есептеулер жасау үшін, көп жағдайда, есептің мәнін түсіндіріп жатпастан, формулалардың мәнін дұрыс қоя білуді талап етеді.
Әдетте эксперименттік есептердің оны шығаруға қажетті мәндері түгел бола бермейді. Сондықтан оқушы алдымен физикалық құбылыс немесе заңды жақсылаптүсініп, оны шешу үшін қандай мәндерді анықтап алу керек екендігін ажырата білуі қажет және тек барлық мәндері түгел болғанда ғана формулаға салып, түгелдей түсінген жағдайда ғана шығара алады.
Эксперименттік есептердің классификациясы
Эксперименттік есептер сандық және сапалық болып екіге бөлінеді. Сапалық есептер шығаруда сандық және математикалық көрсеткіштер болмайды. Мұндай есептерде оқушылардан тәжірибе нәтижесінде болуы керек құбылысты алдын ала болжау немесе берілген құралдар көмегімен өзі сол құбылысты жасауы талап етіледі.
Сандық есеп шығару кезінде алдымен қажетті өлшеулер жүргізіледі, содан соң алынған мәндерді пайдалана отырып, математикалық формулалар көмегімен есептің жауабын шығарады.
Эксперименттің жасалған жеріне қарай, берілген есепке қатысының дәрежесіне қарай эксперименттік есепті бірнеше топқа бөлуге болады:
- Есепті шығару үшін физикалық мәндерді не өлшеуді, не (прибордың) құралдың паспорттық белгілерін пайдалануды (реостаттардың, шамдардың, электрплиталар т.б.с.с.), немесе сол көрсеткіштерді эксперимент жүзінде анықтауды талап ететін есептер.
- Физикалық мөлшерлер арасындағы байланыстар мен өзара тәуелділіктерді рқушылардың өз бетімен анықтауын талап ететін есептер .
- Шартында тәжірибенің жүру жағдайы сипатталған, ал оқушылар нәтижесін айтып беруі тиіс есептер. Мұндай есептер оқушылардың өз ой түйіндеуіне сын көзбен қарай білуіне үйренеді.
- Қалай жасауын түсіндірместен, берілген құрал-жабдықтар көмегімен белгілі физикалық құбылыстарды жасауды немесе есептің шартында көрсетілген құралдарды берілген деталдардан құрастыра білуді талап ететін есептер. Мұндай есептерді шығару балалардан шығармашылық тұрғыдан ойлау қабілетін және тапқырлықты талап етеді.
- Физикалық көлемін көзбен анықтап, соңынан оның дұрыстығын тәжірибе жүзінде дәлелдеуге арналған есептер.
Мұндай есептер оқушыларды өлшеу нәтижесін дұрыс болжауға, соның арқасында тәжірибеге қажетті құралдар мен жабдықтарды дұрыс таңдай білуге үйретеді.
- Нақтылы тәжірибелік мақсаттар қойылатын өндірістік мазмұндағы есептер. Мұндай есептерді экскурсиялар кезінде, оқу шеберханаларында, сондай-ақ сабақтарда, түрлі құрал-жабдықтар, техникалық модельдерді қолдана отырып қарастыруға болады.
Мұндағы келтірілген талдауларды шартты деп қарастырғавн жөн, себебі түрлі топтар арасындағы белгілі шекара жоқ. Алайда ол оқытушыға есептерді мақсатты түрде таңдауға көмегін тигізері анық.
Эксперименттік есептердің дұрыс шығарылуын тексеру
Есептердің шығарылу дұрыстығын экспериментті түрде тексеру олардың түрі мен мазмұнына қарай түрлі әдістермен іске асырылады.
- Өлшеулердегі дәлдікті арттыру мақсатында өлшеу құралдарын дұрыс таңдау қажет. Тура өлшеу құралы жоқ болған жағдайда қойылған мәселедегі өлшемдерді анағұрлым үлкен өлшемдермен алмастырған жөн, немесе үлкен көлемді, үлкен массалы, үлкен қуатты т.б.с.с., немесе сапалық жағынан басқа денелерді қолдануға болады.
Мысалы: «Таразы және ұсақ гирлерді қолдана отырып, берілген болат болаттың көлемін анықта. Жауабын мензурка көмегімен тексеру қажет». осы болат көлемі 20см3 болсын делік. Қолдағы бар 25см3 бөлшекті мензуркамен мұндай көлемді өлшеу мүмкін емес. Міне осы жағдайда: «Он біркелкі болат болттардың көлемін анықта, жауабын мензурка көмегімен тексер», деп өзгертуге болады.
«Массасы 500 г шойын гирдің суға батқандағы кері итеру күшін анықта». Бұл есептің шешу жауабын дөңгелек циферблатты көрсетуші динамометр көмегімен тексеруге болады.
- Кейбір сандық есептердің шығуы басқаша тексеру әдісімен, яғни ізделіп отырған шамалар басқа әдіспен, басқа жабдықтар көмегімен өлшенеді. Мысалы, есепте сымның бір кесінді бөлігінің көлеміне қарай өздік кедергісіне қарай оның кедергісі анықталған. Алынған жауапты Ом заңына сүйене отырып, сол сым кесіндісінің кедергісін амперметр және вольтметр көмегімен анықтау арқылы тексеруге болады.
- Сапалық есептердің кейбірі жабдықтарда көрсетілген кестелер мен төлқұжаттық мәліметтер арқылы тексерілді. Алайда, көптеген таблицалық көрсеткіштер кең шеңберде (мысалы, керісінше тығыздығы – 1,4-1,6 г/см3, шыныныкі – 2,5-2,7 г/см3, ағаштыкі -0,4-0,7 г/см3) айнып тұратындығын ескерген жөн және оның үстіне, зерттеліп отырған дене, аның, қандай материалдан жасалғандығы ылғи белгілі бола бермейді (мысалы, өздік кедергі металдардағы қоспаларға байланысты болады), ал жабдықтардағы көрсетілген сандық дәл көрсетілген мәндер кейде тексеруге жеткіліксіз болып жатады (мысалы ол реостаттар, резисторлар кедергісіне, кедергі магазиндеріне, шамдар қуатына, жиынтықтардағы жүк массасына т.б.с.с. байланысты. Сондықтан да эксперименттік есеп объектісі ретінде денені затты немесе жабдықты пайдаланбас бұрын мұқият тексеріп алу қажет, тәжірибе кезінде барлық қажетті көрсеткіштерді жабдықтың этикеткасына немесе қажетті таблицаға енгізіп қою қажет.
- Кейбір мектептегі тәжірибелер жағдайында тексеру мүмкін болмайтын сандық есептер бар (мысалы, пайдалы әрекет коэффициентін, жылу жоғалтуын т.б. анықтауға). Ондай есептерді шығару кезінде оқушылармен түрлі жағдайлардың тәжірибе нәтижесіне тигізетін әсері туралы талқылаған жөн.
- Сапалық есептер, әрине, бақылау тәжірибесі көмегімен тексеріледі.
Мысалы есепте тәжірибенің сыйпаты берілген, оның нәтижесін болжап айту қажет. Оқушы орындайтын тәжірибе оның жауабын растайды, немесе теріске шығарады. Тәжірибенің және логикалық тоқтамның жартылай сәйкес келуі дұрыс емес, сондықтан да, тәжірибе нәтижесіне теріс әсерін тигізетін қосалқы факторларды жоққа шығару қажет.
Бақылау тәжірибесіне керекті жабдықтарды алдын ала таратудың қажеті жоқ, себебі, оқушы тәжірибені жасап көруі міндетті түрде болады да, кейіннен оның нәтижесін сәйкестендіруге тырысады.
Эксперименттік есептерді оқыту барысында қолдану
Мұндай есептерді сабақтың кез келген бөлігінде қолдануға болады. алайда, қолдану мақсаты, әдісі және соған сәйкес мазмұны, әрине әр түрлі болады.
- Эксперименттік есеп мазмұны аталмыш сабақ тақырыбы болып табылады. Оны шығару кезінде жаңа түсініктер, заңдылықтар және тәуелділіктер игеріледі. Мысалы, тізбек бөлігі үшін Ом заңын мынадай екі есепті шығара отырып түсіндіруге болады: «Берілген спиральдағы токтың күші оның қуатқа тәуелді бола ма, жоқ па екендігін тексеру (егер болса, онда қалай)».
«Берілген тізбектегі ток күші оның қуатының тұрақты кезінде, оған қосылып қойған магазин кедергісінің өзгеруіне байланысты бола ма, жоқ па (егер болса, онда қалай) екендігін тексеру.
Бұл жағдайда берілген сұрақ оқушылардың жаңа заңдарды білуге құштарлығын арттыруы тиіс. жаңа материалдарды білуге ынталандыру әдісінің бірі – ол берілген мәселеге сәйкес тәжірибе таңдау болып табылады. Есептердің шарттары мына төмендегідей талаптарға сай болуы тиіс: а) есепке керекті құралдар, құбылыстар оқушыларға бұрыннан таныс болуы тиіс. Тек есепті шығаруға бір ғана түсінік немесе құбылыс таныс емес, ал сабақтың мақсаты – саны түсіндіру болып табылады; б) есептің мазмұны оқушылар сабақ кезінде шығаруы тиіс мәселені білдірмеуі қажет; в)қойылған сұрақ оқушыларды аздап таң тамаша қалдырып, есепті шығаруға деген ынтасын оятуы қажет. мысалы, «атмосфералық қысым» түсінігіне кіріспеден бұрын мынадай мәселе қоюға болады: «Беті картонмен жабылған суы тола стакан берілген. Егер оны шапшаң төңкеріп қойса, суы төгіле ме, жоқ па?» Талқылаудан соң тәжірибе көрсетіледі. Су төгілмейді. Қанша тырысқанымен, неліктен екендігін, себебі көз алдарында өтті емеспе, оқушылар әзірге түсіндіре алмайды. Міне сол кезде мұғалім әлгі құбылысты түсіндіретін ұғымды келтіреді.
- Есептерді теория жүзінде жасалған қорытындыны дәлелдейтін мысал ретінде қолдану. Мысалы, денелер молекулаларының қозғалу жылдамдығы мен температураның байланысы туралы сұрақты анықтағаннан кейін, мынадай есеп шығаруға болады: «Ыстық және салқын суы бар стакандарға бірдей марганцовка түйіршіктерін тастады. Осылардың қайсысының суы жылдамырақ тегіс боялады?» Оқушылар есепті шығару нәтижесінде теория жүзінде жасалған қорытындының дұрыс екендігіне көздері жетеді.
- Есепті оқушылардың өтілген сабақты пысықтап, түсіну дәрежесін тексеру үшін қолдану. Бұл жағдайдағы есеп шығару жаңа материалдарды игере отырып, тереңдете түсуге көмектеседі.
- Сабақты сұрау барысында эксперименттік есепті қолдану, оқушының бұрын өткен материалдарды қаншалықты терең түсінгендігін анықтауға көмектеседі. Тақтаға шақырылған оқушыға есептің мәтіні мен қажетті құралдардың барлығы беріледі. Кейде, (егер уақыт жеткілікті болса) оқушыға керекті құралдарды түгел емес етіп, немесе артық етіп беру пайдалы. Сонда көп құралдың жетпей тұрған құралды анықтауына немесе берілген көп құралдың ішінен қажеттілерін таңдауына тура келеді.
- Эксперименттік есептердің шығарылуы кезінде жіберілген қателерді талқылауға 15-20 минуттық жаттығулар жасаудың мәні зор. Мұндай жаттығуларды жаңа тақырып алдында да, сабақты пысықтау кезінде де қолдануға болады.
- Жылына бір екі рет тәжірибелік есеп шығарудан бақылау жұмысын алуға болады. олардың санын біркелкі есептер варианттарының түрін оқытушы физикалық зертханалардағы құрал жабдықтар жағдайына қарай өзі таңдайды.
Жаттығуларға қарағанда, тәжірибелік есептер бойынша бақылау жұмысын оқушылар толық өз беттерінше жасайды.
- Тәжірибелік есептерді жеке және жалпы үй жұмысы ретінде беру оқушылардың ерекше ынтасын тудырады. Қалай болғанда да, үйде жасайтын тәжірибеге керекті заттар мен құралдарды оқушылардың таба алатындығына мұғалім сенімді болуы тиіс.
- Анағұрлым күрделі тәжірибелік есептерді (олар бұл жинақта рет санының жанына қойылған дөңгелек белгімен көрсетілген) физика кружогында және факультативтік сабақтарда кеңінен қолдануға болады.
- Қызықты сипаттағы эксперименттік есептер физика кештерінде және жиындарда қолданылуы мүмкін.
Эксперименттік есептер шығару арқылы эксперименттік дағдыны қалыптастыру
Физика табиғат тану ғылымдарының негізгі салаларының бірі.
Физика – эксперименттік ғылым, ал тәжірибе – физикалық зерттеулердің негізгі түрі. Мақсатына қарай тәжірибелер негізгі үш топқа бөлінеді.
А) теориялық қорытындыны, не гипотезаны тексеру жүргізуге арналған тәжірибелер;
В) жаңа құбылыстарды, физикалық шамалардың байланыстарын тағайындауға, немесе тағайындалған физикалық заңның қолданылу облысын кеңейтуге арналған тәжірибелер;
Б) теориялық есептеулер арқылы тікелей тағайындауға болмайтын физикалық тұрақтылардың немесе физикалық шамалардың сан мәндерін анықтауға арналған тәжірибелер.
Жоғарыда аталған тәжірибелердің алдына қойған мақсатына сай жасалып, өмірде нақты эксперимент ретінде талай физикалық заңдылықтардың нақтылауына, ғылыми прогрестің дамуына өз үлесін қосты. Алдағы уақытта ғылым дамуы үшін – эксперименттік тәжірибені ештеңемен алмастыруға болмайды.
Бүгінгі физика пәнінің мұғалімдерінің алға қойған басты мақсаты оқушы бойындағы эксперименттік дағдыны қалыптастыруға баулу керек. ол үшін мынадай бағыттармен жұмыс істеу керек.
- Физика пәнінен алған білімдерін өмірде, тұрмыста қолдана білуге баулы.
Ол үшін оқушыларға үнемі «Физикасыз — өмір жоқ, өмірсіз – физика да бола алмайды»- деген қағиданы естен шығармауы керек екендігіне басты назар бөлеміз.
Осы қағиданы есте сақтай отырып, эксперименттік дағдыны оқушы бойында қалыптастыруы үшін.
А) кез келген заттан немесе құбылыстан физиканың заңдылықтары мен құбылыстарын іздей білуге және оны өздерінің жағдайына жаратуға кеңес беремін.
В) физикалық заңдылықтарды немесе формулаларды тұрмыстағы өз проблемаларын шешуге: «неге?, қайда?, не үшін?, неге олай?»- деген сұрақтарға нақты есептеулер арқылы жауап табуға баулу. Эксперименттік есептер шығарту.
Эксперименттік дағдыны күнделікті тұрмыста, өмірде қалыптастыруға бірден-бір септігі тиетін мәселе – «физиканың керек екенін сезіну».
Сыныпты оқыту барысында қолданылған эксперименттік дағдыны қалыптастыру тәжірибесіне тоқталайық. Жоғарыда аталған 1-ші яғни, кез келген заттан физиканы іздеуді былайша жүзеге асырауға болады.
Мысалы: — сіздің қолыңызда кез келген зат болсын; (кілт, желім, сабын немесе айыр, күрек).
Сол әрбір заттың физикалық қасиетін «бала – көзбен көріп» — отырып эксперименттік тұрғыда анықтау керек:
Мысалы: Сабын – қатты, белгілі формасы бар немесе желім – сұйық, оның формасы жоқ. Желім – сұйық, оның формасы жоқ, көлемі – белгілі. Желімді стаканға құйсақ стаканның формасын қабылдайды. Матаға, қағазға құйса ше? Неге олай? – деген сұраққа оқушы жауап іздейді. Оқушы шай ішіп отырғанда немесе анасы тамақ істеп отырғанда да эксперименттік дағдыны қалыптастыруға болады. Қайнаудың, отынның жану жылуының, энергияның, диффузияның, конвекцияның, буланудың одан артық тәжірибесі болуы мүмкін емес.
Мұғалімнің мақсаты – оқушыны физикалық құбылысты көре білуге, мектептегі оқушының алған білімін өмірде тұрмыстағы проблемаларды шеше білуге бағыт-бағдар беру.
Оқушы физикадан алған білімдерін күнделікті өмірде қолданса өз пайдасына асырса, оның пәнге деген қызығушылығы сөзсіз артады. Осылайша бағдар алған оқушылар физиканың келесі сабағында міндетті түрде қызық сұрақтар дайындап келеді:
Мысалы: «Өсімдіктерде физика жоқ қой?», «Адам демалғанда ешқандай физикалық құбылыстың қатысы жоқ?», «мен сізбен сөйлесіп отырғанда физиканың не қатысы бар?» — деген сияқты. Осылардың бәрінен мұғалім физикаға қатысты бір нәрсені тауып, оқушыға бағдар беріп көзін жеткізсе, оқушының сабаққа қызығушылығы сөзсіз артады.
Ең бастысы – мұғалім терең білімді болуы керек те – оқушының көзін де соған жеткізу керек. жас тәуелсіз еліміз Қазақстанның – болашағы бүгінгі ұрпақ. «Білімді мыңды жығатындай» — болып өсуіне үлес қосуымыз керек. ал, 2-ші мәселеде көбіне тұрмыста қолданылатын эксперименттік есептер шығартуға болады.
Эксперименттік есептер – құрылысы жағынан мәселе есептерге ұқсас, бірақ қажетті шамалар тәжірибеден алынады. Оқушылар мұндай есептерді шығару үшін қойылған проблемаға байланысты қажетті заңдылықтарды анықтап, өз күшімен тәжірибелер жүргізеді, өлшеулер жасайды. Қажетті шамалар алынғаннан кейін, эксперименттік есеп мәселе есепке айналады. Физиканы оқып үйренуде оның мағынасын терең түсінуде эксперименттік есептер орындаудың мәні ерекше. Оқушылар құрал-жабдықтармен танысып, өлшеулер жасау құбылыстарын қолдан жасап, көзімен көреді. Тіпті қарапайым тәжірибенің өзін оқушы қызығып жасайтын болады.
Мысалы: 1. Бірдей ыдысқа екі түрлі сұйық құйып қайнат. Екеуінің де массасын өлшеп, кеткен жылуды есепте.
- Бірдей сұйықты екі ыдысқа бірін толтырып, 2-шісін жарты етіп қайнат. Тағы да жылу мөлшерін есепте.
- Температурасы әр түрлі екі сұйықтың массасын, температурасын өлшеп алып, қайнат. Уақытын салыстыр. Жылу мөлшерін есептеп салыстыр.
Енді осы алынған нәтижелерден ғылыми қорытынды жаса. Жылу мөлшері – сұйықтың тегіне, 2-ші сұйықтың массасына, 3-ші сұйықтың температурасына тәуелді.
«Электр тогы» бөлімін өткенде де көптеген эксперименттік есептер шығаруға болады. амперметрмен тізбектегі ток күшін өлшей отырып, реостат арқылы ток күшін азайтып көбейтіп вольтметрдің көрсетуін бақылаған оқушылар, тізбектегі ток күші мен кернеудің байланысын графикке түсіре алады.
Электр тогының жұмысын есептегенде оқушы жұмыстың қуатқа байланысты екенін; 60 Вт немесе 100 Вт лампаның қайсысы үй бюджетіне тиімді екенін эксперимент жүзінде анықтауға болады.
Эксперименттік есептерді шығару әдістемесі
Білімді игерудің нәтижелілігі таным процесінде адамның әр түрлі сезім мүшелерінің іске қосылуы және нақты заттар мен құбылыстарға бетпе-бет келгенде оны сезіну, көре білу және қабылдауы арқылы артады. Бұл жағдайда физикалық эксперименттің маңызы зор.
Физика сабақтарында оқушылардың эксперименттік жұмыс дағдысын, шығармашылық қабілетін дамыту тұрғысынан арттыруға болады.
Қабілеттілік дегеніміз дамудың нәтижесі болғандықтан, оның туа бітуі мүмкін емес. Оқушы қабілеті дегеніміз, оның педагогикалық ықпал аясындағы білім алу әрекеті. Жеке тұлғаны дамыту, оқыту әдістері шығармашылық қабілетінің дамуына әсер етеді. Әрбір оқушы оқу материалын шығармашылық деңгейде игере алады, яғни шығармашылық қабілетін дамытады. Бұл үшін оның шығармашылық ойын дамыту негізінде оқуға, яғни өздігінен білім алуға үйрету қажет. Сондықтан, ең алдымен оқушы даяр білімді мұғалімнің түсіндіруімен алатын дәстүрлі оқыту практикасынан бас тарту керек. Бізде әлі күнге мектепте сабақтағы бірден бір белсенді тұлға – оқу материалын түсіндіруші мұғалім, ал оқушының рөлі тыңдаумен, оқумен және оны білімді тексеру кезінде қайта айтып берумен шектеледі. Шығармашылық үрдістегі басты мәселе – есептің шартынан оның шешіміне барар жолдағы логикалық алшақтықты түйсік арқылы жеңу. Толғандыратын мәселе (есеп, зертханалық жұмыс, эксперименттік тапсырма, т.б) оны толық билеп, күші мен назары соған ауады. Адам басқа жұмыстармен шұғылданса да, оның сана түкпірінде осы мәселенің шешімі қарастырылып жатады. Оның ұзақтығы шығармашылық қызметтің тәжірибесіне байланысты. Бастапқыда оқушы есепті бір апта немесе одан да көп уақытта шығаруы мүмкін. Ол оның сана түкпірінде жүреді. Ол есепте міндетті түрде шығарады, тек ешкімнен көмек сұрамауы маңызды. Шығармашылық қызметтен тәжірибе жинақталған сайын есеп бұрынғыдан да тез шығарылатын болады. Шығармашылық қабілеттерін арттыруда эксперименттік тапсырмаларды үйге берудің маңызы ерекше. Экспериментті жүргізудің дидактикалық құрылымы төмендегідей болуы мүмкін: демонстрациялық тәжірибелер, фронтальды зертханалық жұмыстар, физикалық практикум, үй жағдайындағы тәжірибелер.
Мұғалімнің үйге эксперименттік тапсырмалар беруі сирек кездеседі. Дегенмен, оқу процесінде дәл осы тәсілді қолданудың ерекше маңыздылығы, біріншіден, үй жұмысының формасын түрлендіреді (кітапты оқу, есеп шығару), екіншіден оқушының алдына тек қана өздігінен эксперименттік тәжірибе жасау арқылы ғана шешілетін мәселені қояды.
Үй тапсырмасына эксперименттік тапсырмалар беру оқушының мынадай қабілеттерін және шеберліктерін дамытады.
Интеллектуалдық (салыстыру қабілеті, негізін ажырата білу, зерттеу, эксперимент нәтижелерін жазу және қорытындылау).
Пәндік (теорияны практикамен ұштастыру шеберлігі, физикалық білімдерін құбылыстарға анализ жасауға қолдану, көптеген үй аспаптары мен құралдарының жұмыс істеу принципін түсіну).
Ұйымдастыру-танымдық (құрал-жабдықтардың функционалдық міндеттерін анықтай білу, техникалық құрылғылармен жұмыс істегенде техника қауіпсіздігі мен пайдалану ережелерін сақтау).
Еңбек ету (қол құралдарымен жұмыс істеуді үйрену дағдысы, ұсталық, т.б.).
Физикадан эксперименттік тапсырмаларды үйге беру осы пәнге ерекше қызығушылықты тудырады. Өйткені мұнда жергілікті табиғи және тұрмыстық (техникалық) жағдайлар ескеріледі. Үйге берілетін эксперименттік тапсырмалар жүйесі құрылған. Бұл жүйе төмендегідей бірөатар мәселелерді шешуге бағытталған:
- тәжірибелерді физикалық тұрғыдан қарастыру;
- физикалық шамаларды өлшеу арқылы физикалық заңдар мен заңдылықтардағы функцияналдық тәуелділікті анықтау:
- физикалық процестерді тұрмыстық техника көмегімен басқару мүмкіндігін түсіндіру (тігін машинасындағы реостаттың және потенциометр – дыбыс реттегіштің телевизордағы, магнитофондағы, радиоқабылдағыштағы міндетін анықтау);
- тұрмысқа қажетті техникалық құрылғылардың параметрлерін өлшеу және есептеулер жүргізу (электр құрылғыларының – үтіктің, электрплитасының қуатын электр энергиясын есептегіш пен секундтық тілі бар сағат арқылы анықтау және оны осы құралдың құжаттық көрсеткіштерімен салыстыру; егер олар сәйкес келмесе себептерін түсіндіру);
- техникалық білімдерін күнделікті еңбек тәжірибесінде қолдану (май қабатымен жабылған суда картоп тезірек піседі. Мұны тәжірибеде тексеріп, құбылысты түсіндіру керек).
Физикалық құбылыстардың негізін ұғыну, түсініктерді, теорияны игеру процессі әр оқушыда бірдей жүрмейді. Оқыған материалды біреулері тез игереді, енді біреулеріне ой қорытуына және есіне сақтауына көп уақыт қажет. Үйде оқушылар әрқайсысы өз қарқынымен жұмыс істейді. Үй тапсырмасы дұрыс ұйымдастырылса сабақ кезіндегі алған білімдерін бекітуге және тереңдетуге көмектеседі.
Үйге берілген бақылаулар мен тәжірибелердің қорытындылары, есептердің шешімі, шығармашылық тапсырмалардың орындалуы оқушылардың үй жұмыстарына арналған дәптерлеріне жазылады. Үй жұмысының қорытындылары туралы мәліметтер жазу оқушыларды өз ойын сауатты және қысқаша жеткізуге үйретеді. Сонымен қатар жазу мәдениеті, яғни белгілі жүйе, нақтылық және реттілік қалыптасады. Үйдегі тәжірибелерді және бақылауларды баяндау оқушыға көргенін терң ойлауға, негізгіні ажырата білуге үйретеді.
Эксперименттік есептерді шешу тәсілдері оларды шешудегі эксперименттік жұмыстың қойылуына тәуелді. Мысалы, есепті шешу үшін барлық шамалар берілсе және жауабын тәжірибеде тексеру қажет болса, онда есептің шешуін нұсқауларға сәйкес жазады.
Эксперименттік есептердің басқа түрлкерінде есепті шешу және баяндау қажет болады. егер есепті шешу үшін қажетті шамалар тәжірибе нәтижесінде алынса, онда экспериментті қою және өлшеулер жүргізу маңызды.
Мысалмен көрсетейік.
Есептің қойылуы. Керекті құрал-жабдықтар: тік бұрышты қаңылтыр банка, таразы, масштабты сызғыш, суы бар ыдыс, құм. Банканың вертикаль қалыпта суда жүзуі үшін ішіне құм салады. Банканың суға батқандағы тереңдігін анықтау керек.
Берілген есептің шартын сурет салып, астына сұрағын қою арқылы жазса да болады. Сосын анализ жасайды, еспті шешу үшін қандай өлшеулер жүргізу керектігін анықтайды.
Талдау. Банкаға әсер ететін ауырлық күші және астынан әсер ететін кері итеруші күш теңескенше банка суға бата береді. Бұл жағдайда . Бірақ Архимед күші денемен итерілген сұйықтың салмағына тең болғандықтан, , мұндағы V- банканың батқан бөлігінің көлемі, ρ- судың тығыздығы. Батқан бөлігінің көлемі табан ауданы мен бату тереңдігінің көбейтіндісіне тең. сыдан (1). (1) формуладығы құмы бар банканың салмағын білуі керек. Судың тығыздығы мен банканың табанының ауданын білу керек.
Өлшеулер. Динамометрмен салмағын, ұзындығы мен енін сызғышпен өлшейміз. Ауданын анықтаймыз. .
Есептеулер. Тығыздықтың, салмақтың және ауданның мәндерін формулаға қойып, бату тереңдігінің биіктігін (h) анықтайды.
Тәжірибелік тексеру. Банканың вертикаль қабырғасына түсті сызықпен бату тереңдігін белгілейді. Тәжірибе көрсеткендей, табылған мәнімен есептелген биіктіктің мәні сәйкес келеді.
Эксперименттік есептерде тәжірибені қажет болғанда ғана қояды, кейбір есептерде фронтальды тәжірибе қойылуы мүмкін.
Мысалы:
Сызғыштың көмегімен судың стакан түбіне түсіретін қысымын өлшеу.
Электр лампасының тұтынған тогының қуатын анықтау.
Есептің қойылуы. Үстел үстінде тк бұрышты қаңылтыр қалбыр, таразы, ұсақ гирлер, масштабтық линейка, суы бар ыдыс, құм бар. Қалбырдың вкртикаль қалыпта тұруын қамтамасыз ету үшін, оны суға салып жүздірген кезде, ішіне шамалы құм салып қояды. Қалбыр суға батырылған кездегі шөгу тереңдігін анықтау керек.
Берілген жағдайда есептің шартын сурет арқылы (астына сұрақ қойып) көрсетуге болады. одан кейін анализге көшеді, есепті шығару үшін қандай өлшеулер орындау қажеттігін айқындайды.
Анализ. Қалбып, оған әсер ететін ауырлық күші және құм судың кері итеруші күшіне теңгерілгенше, суға бата береді. Бұл жағдайда . Алайда архимед күші дене ығыстырып шығарған сұйықтың салмағына тең болғандықтан, болады, мұндағы — қалбырдың батып тұрған бөлігінің көлемі, судың тығыздығы. Батқан бөлігінің көлемі табанының ауданын (S) суға бату тереңдігіне (h) көбейткенге тең. Демек,
.
Бұдан
(1)
Табылған шешімнің дұрыстығын формулаға кіретін шамалардың атауларымен жасалатын поерациялар жолымен тексереді.
(1) формуладан есепті шығару үшін құмы бар қалбырдың салмағын, судың тығыздығын және қалбыр табанының ауданын білу керектігі көрініп тұр.
Өлшеулер. Құмы бар қалбырдың Р салмағын динамометрдің көмегімен анықтайды.
l ұзындығы мен а табанын өлшеп алады. Табанының ауданын анықтайды:
.
Судың тығыздығы г/см3.
Есептеулер. Табылған Р және S мәндерін (1) формулаға қоя отырып, қалбырдың бату тереңдігі h-ты анықтаймыз, бұл жерде жуықтап есептеулер ережелерін қолданамыз.
Тәжірибемен тексеру. Қалбырдың вертикаль қабырғасына тәжірибеде анықталып, есебі жүргізілген бату тереңдігін түсті сызықпен белгілейміз және қалбырды суы бар ыдысқа саламыз. Тәжірибе бату тереңдігі табылған мәнге сәйкес келгенін көрсетеді.
Есепті шығарумен байланысты кеменің шөгуін анықтаудың принципін түсіндіреді.
Сапалық эксперименттік есептерде тәжірибе, қажет болған кезде қойылады. Мәселен, бароскоп жөніндегі есепті шығарғанда демонстрациялық үстелге алдын ала шыны қалпақты, ішіне бароскоп қойылған қондырғыны әзірлеп қояды.
Ауа тәрелкесін Комовский насосымен жалғастырады. Мұғалім бароскоптың құрылысын түсіндіреді де, рычагтың тепе-теңдігіне наза аударып, сыныпқа мынадай сұрақ қояды: «егер ауа сорылып алынса, бароскопта қандай өзгерістер болады?» Оқушылар өздерінше түсіндіреді. Бұл жағдайда түсіндірудің дұрыс та, дұрыс емес те варианттары ұсынылуы мүмкін. Олардың дұрыстығына шүбәләнса, демонстрациялық тәжірибе арқылы шешуге болады.
Дегенмен, бұл есептің жауабын іздеудің басқа да жолы болуы мүмкін. Есептің қойылуынан кейін бірден тәжірибені орындауға көшеді. өтіп жатқан құбылысты бақылайды. Содан кейін оны теория жүзінде түсіндіреді.
Кейбір физика бойынша эксперименттік есептер сабақта фронтальды түрде қойылуы мүмкін. Мұндай есептердің мысалдары: «Сызғышты пайдаланып, судың стаканның түбіне түсіретін қысымын өлшеу». «Электр лампысы тұтынатын токтың қуатын анықта». Бұл жағдайда олар фронталь тәжірибелердің ролін атқарады.
Тақырыбы және орындалу тәртібі фронтальдық зертханалық жұмыстарға (пара-пар) сәйкес келетін, басқаша айтқанда, мақсаты және қойылуы бірдей, орындау реті және экспериментте алынған нәтижені сараптау тәсілі ұқсас, эксперименттік тапсырмаларға мысалдар келтіреміз.
7-сынып
- Медициналық шприцтің, балалардың сүт ішетін бөтелкесінің, градусниктің бөлік құнын және өлшеу шегін анықта.
- Миллиметрлік сызғышты пайдаланып иненің, шегенің және т.б. заттардың диаметрін анықта.
- Таразымен өзіңіздің массаңызды өлшеңіз. Серіппелі таразымен қазанның, шанышқының, қасықтың массасын анықта.
- Әр түрлі денелерді суға батыру арқылы көлемін анықтау. Ыдыстағы судың деңгейін және бетінің ауданын өлшеуіш лентамен өлшеу.
- Қант кесегінің, күріштің, жарманың өлшеуіш ыдысты және серіппелі таразыны пайдаланып тығыздығын анықта. Серіппелі таразының өлшеу шегін және бөлік құнын анықта.
- Серіппелі таразы көмегімен катролге және өлшеуіш ыдысқа орталап, сосын толтыра су құйып, үстел бетімен үйкеліс күшін өлше, алынған мәндерді заттардың массасымен салыстыр.
- Заттың көлемін біле отырып ығысқан судың салмағын (немесе кері итеруші күшті) есепте және оны осы заттың салмағымен салыстыр.
- Капрон қақпағы бар банканың немесе тығыны бар бөтелкенің, шелектің көмегімен дененің сұйықта жүзу шарттарын анықта.
- Миллиметрлік бөлігі бар сызғышпен рычагтың иіндерін өлше (қайшы, кілт) және күштен қанша ұтатынын есепте.
8-сынып
- Кружкаға немесе сыйымдылығы белгілі ыдысқа шәй құйып, температурасын термометрмен өлше. Үстіне қайнаған су құйып, тағы да температурасын өлше. Шәйдің алған және қайнаған судың берген жылу мөлшерлерін есепте және салыстыр.
- Массасы белгілі кастрөлге көлемі белгілі қайнаған су құй және 4-5 минуттан кейін (бұл уақытта беті жабық кастөл жылжиды) судың температурасын өлше. Бөлме температурасын біле отырып, қатты дененің (кастрөлдің) меншікті жылу сыйымдылығын есепте.
- Кружкаға мұз кесектерін сал және сыртқы термометрдің көрсетуін пайдаланып, судың еруін бақыла. Минут сайын термометрдің көрсетуін жазып ал, графигін сыз.
- Қалта шамының тізбегінің схемасын сызып көрсет және оның бөліктерін ата.
- Құрғақ элементтерден құралған кішкентай ескі батареяны бұзып бөлшекте. Оны құраған бөлшектерді тауып, элементтердің бірін тіліп, оның құрылысына зер салып қара.
- Электрлік тігін машинасындағы реостаттың немесе радиоқабылдағыштың телевизордың дыбыс реттегішінің қажеттілігін анықта.
- Шырша гирляндасындағы лампочканың және қалта шамының құжаттық жазулары бойынша қыздыру шамының кедергісін есепте.
- Шырша гирляндасындағы лампочканың қосылу түрін анықтап қарап, әр лампочканың кернеуін есепте. Лампочканың қосылу схемасын сызып көрсет.
- Люстрадағы лампочкалардың қосылу түрін анықта және схемасын сыз.
- Үйлеріңіздің барлық бөлмелеріндегі лампочкалардың, үтіктің, шаң сорғыштың, тоңазытқыштың құжаттық жазулары бойынша қуатын есепте. Электр энергиясын тұтынатын барлық құрылғылардың жалпы қуатын есепте.
9-сынып
- Серіппелі таразының серіппесінің қатаңдығын анықта.
- Көлбеу жазықтықтан домалаған доптың үдеуін есепте. өлшеуіш лента және секундтық тілі бар сағат арқылы.
- Горизонталь лақтырылған тастың, доптың лақтыру жылдамдығын есепте. Доптың ұшу алыстығын және биіктігін өлшеуіш лентамен өлшеуге болады.
- Краннан аққан судың жылдамдығын анықта.
- Трактордың қандай детальдарында үйкеліс пайда болатынын және үйкелісті азайтудың жолдарын айт.
- Сызғыштың көмегімен механикалық сағатитың минуттық тілі мен сағаттың ұштарының жылдамдығын тап.
Үй жағдайында.
- Тастың көлемін анықтау мүмкін болмаған жағдайда таразының, таразы тастарының және су құйылған ыдыстың көмегімен тастың тығыздығын есепте.
- Таразының көмегімен кастрөлдің сыйымдылығын анықта.
- Кішірек шардың диаметрін мензурканың көмегімен қалай анықтауға болады. жіңішке сым темірдің диаметрін токөөз дәптер мен қарандаштың көмегімен дәл анықтау.
- Су құйылған тік бұрышты ыдыста жүзіп жүрген дененің массасын сызғыштың көмегімен анықта.
- Су құйылған тар цилиндр ыдыстағы жүзіп жүрген ағаштың тығыздығын сызғыштың көмегімен анықта.
Серуенде.
- Секундоамермен әр түрлі жағдайда күн күркіреудің ұзақтығына қарап найзағайдың ұзындығын анықтауға болады?
- Күн ашық кезде сызғыштың көмегімен ағаштың биіктігін жерде тұрып қалай өлшеуге болады?
- Мұз айдынындағы екі бала қайсысының салмағы көп екенін білгісі келді. Бір ғана рулеткамен осыны қалай білуге болатынын айт.
- Ертеңгілік қаладан шыққан жүргізуші түзу жолда келе жатып, бір сағаттан соң аялдама жасағысы келді. Сағаты, радиоқабылдағышы жоқ болса, уақытты қалай біле алады.
Жоғарыдағыдай, үй тәжірибелерін орындау оқушылардың теориялық білімдерін күнделікті өмірмен логикалық түрде байланыстырады.
Техникалық ойлау және елестету қабілеттерін қалыптастырады, білімнің қолданылу аясын кеңейтеді. Оқушылардың талпынғыштығын, тапқырлығын арттырады. Еңбексүйгіштікке және қойылған мақсатқа жету жолындағы табандылыққа үйретеді. Эксперименттік есептердің бағалы жері – ол оқушылардың алған білімін практикада қолдана білуін тексеруге жол ашады. Екіншіден тіпті оңай деген эксперименттік тапсырманың өзі зерттеушілік қабілеті бар оқушыларды табуға жағдай жасайды.
Эксперименттік зерттеу сипатындағы жеке тапсырмаларды орындау
Бұл жерде, шартты түрде зерттеу тапсырмаларына физика кабинетінің мүмкіндігін ескере отырып, оқушының тек өзіне беймәлім жаңа заңдылықтарды ашатын немесе оны орындау үшін әлдебір нәрсені ойлап табатын тапсырмаларды жатқызамыз. Физикадағы белгілі бір заңды өз бетімен ашу немесе физикалық шаманы өлшеу әдісін ойлап табу бұрыннан белгілі нәрсені жәй ғана қайталау болып табылады.
Тек субъективтік жаңалық болып табылатын осындай бір жаңалықтарды ашу немесе өнертапқыштық оқушының өз бетімен жұмыс істеуге қабілетінің жететініне объективті дәлел бола алады, оның өз күші мен қабілетіне деген сенімін арттырады.
Зерттеу сипатындағы тапсырмалардың оқушының өз бетінше дербес жұмысын ұйымдастыру үшін мына бағыттарда беруге болады.
Біріншіден, жеке тапсырмаларды сабақта практикум ретінде қоюға болады, мұнда әрбір оқушы өзінің лабораториялық қондырғысының қасында жұмыс жасауға мүмкіндікке ие болуы керек. Әдеттегі лабораториялық жұмыстардан мұның бір өзгешелігі, бұл жерде оқушы нұсқау орнына тек құрал-жабдықтардың тізімін, есеп тұжырымдамасын алады. Бұл тұжырымдамада түсіндірілетін немес конструкцияланатын, эксперимент жолымен тексерілетін нәрсе және одан қандай нәтиже алынуы керек екені анық көрсетіледі.
Екіншіден, жеке тапсырмаларды физиканы оқытуда пайдаланылатын модель – аналогия әдісіне негізге ала отырып қою.
Бұл әдіс оқушының ойлауының ғылыми сатысын қалыптастыратынына қарамастан, қазіргі кезде мектепте физикалық білім беру процесінде жеткілікті дәрежеде қолданбай отыр. Бұл модельдің негізгі дидактикалық құндылығы – оқушыға қарастырыпотырған құбылыс пен сол құбылысты түсіндіруге пайдаланылатын модель арасындағы ғана емес, айырмашылықты да байқап, көре білуіне жағдай жасауында. Сонымен қатар модель — аналогия оқушылардың шығармашылық белсенділігі кең көлемде дамуына мүмкіндік береді.
Үшіншіден, көптеген зерттеу жұмыстары әртүрлі себептермен (уақыттың жеткіліксіздігі, қажетті материалдар мен құралдардың болмауы, т.б.) сабақ үстінде орындауға болмайтындықтан, оларды үй тапсырмасы ретінде, факультатив сабақтары мен үйірме жұмыстарында беруді қажет етеді. Мұндай тапсырмаларға ғылыми немесе техникалық шығармашылыққа бейімі бар оқушыларға арналған физика-техникалық модельдеу мен конструкция жасау жұмыстарын жатқызуға болады.
Конструкциялық тапсырманы шешу аса көп қиындықпен тамырласып жатады. Әсіресе берілген есепті шешудің белгілі бір жолы белгілі болмаса, тіпті қиынға соғады. Сондықтан мұғалімнің жұмысты оқушы модельдегі басты нәрсені айыра білетіндей етіп дұрыс ұйымдастыра білуінің маңызы зор.
Модельдерді конструкциялау кезінде моделі жасалынып жатқан нәрсенің бірер қасиетін сақтап, қандай қасиеттерді басты болуына байланысты, модельденіп жатқан объект конструкциясы мүлде өзгеше модельдермен берілуі де мүмкін. Мәселен модельдерді пайдаланып физикалық құбылыстарды зерттегенде, сол модельдермен жасалатын тәжірибе нәтижесінде қарап, басқа жағдайларда өтіп жататын құбылыстар туралы ой қорытуға болады.
Әр алуан машиналар модельдерді конструкциялаған кезде олардың сыртқы түрінің ұқсас болуына немес жұмыс істеу принципіне немесе машинаның іс жүзінде пайдалы да тиімді болуна басты назар аударылады. Мысалы, бірінші жағдайда, самолет моделінің қозғалуы міндетті емес, бірақ оның сыртқы түрі міндетті түрде нағыз самолеттің нағыз белгілі бір маркасына ұқсас болуы тиіс. Екінші жағдайда, сыртқы түрі онша ұқсас болмаса да, кинетикалық схемасы дәл көшірілуі тиіс. Үшінші жағдайда, бастысы – модель үлкен жылдамдыққа ие болуы керек немесе өтімділігі жоғары болуы тиіс.
Осыған орай модельдерді үш түрге бөлуге болады: а) құрылыстық немесе машинаның тек қана құрылымдық элементтерін қайталайтын; б) машинаның жұмыс істеу принципін қайталайтын, в) шын механкиалық, электрлік, химиялық және басқа процестерді белгілі бір дәрежеде қайталайтын.
Осындай тапсырмаларды орындауда модель типіне байланысты оқушының шығармашылық күш-жігері жұмсалатын сала – білім, іскерлік пен ебдейлік және дағды саласы анықталады.
Оқушылардың эксперименттік – зерттеу жұмысын ұйымдастырудың тиімді жолдарының бірі – сабақта эксперименттік есептерді қоя білу
Физикалық эксперименттік есептердің қойылуы
Оқушыларға эксперименттік есептерді сабақта да, сабақтан тыс уақытта да беруге болады, бірақ сабақ оқытуды ұйымдастырудың негізгі формасы болғандықтан, эксперименттік тапсырмаларды сабақ үстінде орындаудың маңызы зор.
Эксперименттік есепті сабақтың әр түрлі кезеңдерінде беруге болады: жаңа материалды түсіндіру кезінде, сабақты бекіту кезінде, оқушылардың есеп шығаруға жаттығу кезінде және оқушылардың білімін тексеру кезінде.
Эксперименттік есептердің бағалы жері – ол оқушылардың алған білімі практикада қолдана білуін тексеруге жол ашады. Екіншіден тіпті оңай деген эксперименттік тапсырманың өзі зерттеушілік қабілеті бар оқушыларды табуға жағдай жасайды. Мәселен, шамның кедергісін анықтаған кезде көптеген оқушылар кернеудің мәні мен ток күшін бір рет қана өлшеп қояды. Кейбір оқушылар ток күші мен кернеудің мәндерін өзгертеді, бірақ шам кедергісін есептеу нәтижелеріндегі айыпмашылықты көргеннен кейін, нәтижелердегі алшақтықты еш дәлелсіз құралдар қатесіне жатқызады да орташа бір мәнді тауып, нәтижелерді қолдан «жақсартуға» тырысады. Кейбір оқушылар ғана ток күшін өзгерткен кезде шамның электрлік кедергісінің мәндерінің өзгеретінін көргеннен кейін, осы эффектіні арнайы зерттеп, оны түсіндіру үшін өз болжамын айтады.
Енді эксперименттік есептің қойылуына мысалдар келтірейік.
Есептің қойылуы: үстел үстінде доптың резеңке камерасы, таразы, ұсақ гирлер, насос, масштабты сызғыш. Бос камера таразымен өлшенеді де, оған ауа толтырып үрлейді. Камерадағы ауаның қысымын анықтау керек.
Есепті шешудің мүмкін жолы: егер камерадағы ауаның қысымы атмосфералық қысымға тең болса, онда камерадағы ауаға әсер етуші кері итеруші күш оның салмағына тең болатындықтан ауасы бар камераның салмағы ауасыз камераның салмағына тең.
Ауасы бар камераны өлшеп, оның салмағының Р1 және Р2 шамаға дейін көбейетінін, сондықтан оның ішінде қысымы атмосфералық қысымынан жоғары ауа мөлшері бар.
Камерадағы ауа қысымы р1, ал оның көлемі V1 болсын.
мұндағы р0— атмосфералық қысым, V0— р0 қысымдағы камера ішіндегі ауаның көлемі.
бірақ
.
Камерадағы ауаның салмағы:
.
Атмосфералық қысым барометр көмегімен анықталады. Ауаның меншікті салмағы физикалық шамалардың кестесінен алынады. Үрленген камераның көлемі формуласымен есептелінеді. Камераның радиусы оның шеңберін жіп арқылы өлшеумен табылады.
Есептің дұрыстығын сынапты манометрдің көмегімен тексеруге болады.
- Есептің қойылуы: үстел үстінде нихром сымды катушка және микрометр 3 минутта 20г суды 100С температурадан қайнау температурасына дейін жеткізу үшін қажетті «қыздырғышты» дайындау үшін сымның қанша бөліктегі ұзындығын алу керек? Қыздырғыштың пайдалы әсер коэффициентін 90% деп есептеу керек.
Есепті шешудің мүмкін жолы. Қыздырғыштың жұмыс істеуінің шарттарын ескере отырып, оның кедергісі есептелінеді:
мұндағы кернеуді 220 В-қа тең деп алады. Қалған барлық шамалар берілген.
Қыздырғыштың кедергісін біле отырып, оны дайындауға қажетті сымның ұзындығын табуға болады.
.
Сымның көлденең қимасының ауданы микрометрдің көмегімен өлшенеді. Нихромның меншікті кедергісі физикалық шамалардың кестесінен алынады.
Есептің дұрыстығын тәжірибе жасап тексеруге болады. Ол үшін катушкадан қажетті сым кесегі алынады да, оны әйнек түтікке орап. Қажетті су мөлшеріне салады. Осы жүйені айнымалы ток көзіне қосады.
Мектеп практикасында осындай тапсырмалардың жоғарыда көрсетілген әдіс-тәсілдері арқылы беріліп отыруы, оқушылардың эксперименттік зерттеу іс-әрекетін қалыптастырудың үлкен мүмкіндігін береді.
Физикадан эксперименттік есептер шығару
Физикадан есеп шығару – оқу жұмысының қажетті элементі.
Есептер шығару физикалық заңдарды тереңірек және берік меңгеруге, логикалық ойлаудың дамуына, ұғымдылық, инициативалы болуға, ерік және қойылған мақсатқа жетудегі табандылыққа себі тиеді, физикаға қызығушылығын оятады, өзіндік жұмыс дағдыларын бойына сіңіруге көмектеседі және өзіндік ой қорытуда бірден бір құрал болып табылады.
Есептер шығару – қайталауды, пысықтауды және оқушылардың білімін тексерудің маңызды құралы.
Оқушылардың логикалық ойлау қабілетін қалыптастыруда, теориялық алған білімдерін практикаға қолдануда эксперименттік есептер шығарудың маңызы зор. Оқушылар өздері жасайтын тәжірибенің алға қойған мақсатын білу керек. Физиканы оқытудың алғашқы сатысында-ақ оқушыларды өз бетімен эксперимент жасауға үйрету керек.
Физикалық эксперимент жасау кезінде физикалық заңдылықтардың дұрыс екендігіне көздері жетеді. Оның үстіне оқу материалдарын неғұрлым тереңірек меңгеріп, физикалық құралдармен жұмыс істеу дағдыларын өмірде қолдана білуге дағдыланады.
Эксперименттік есептерді сабақ кезінде ұйымдастырудың төмендегідей жолдары бар:
- Жаңа сабақты бекіту кезінде оқушылар есепті мұғаліммен бірлесе отырып шығарады.
- Өтілген материалды қалай меңгергенін тексеру кезінде. Мұнда оқушы тақтаға шақырылып эксперименттік есепті шығарады. Қажетті жабдықтарды үстел үстінен өзі таңдайды.
- Үйге берілетін эксперименттік есептер.
1 – есеп. Үстел үстінде тығыздығы белгілі кірпіш тасы жатыр. Тастың үстелге түсіретін қысымын табу керек. Оның айдағы салмағы мен массасы қандай болмақ?
Өлшеулер. Тастың ұзындығын, енін, биіктігін сызғыш арқылы анықтаймыз.
Есептеулер. Өлшенген үш шаманың көбейтіндісі бойынша көлемді, ұзындығы мен енінің көбейтіндісі бойынша ауданды есептейміз.
Белгілі тығыздық пен көлемді көбейту арқылы тастың массасын анықтаймыз. Массасы 9,8 Н-кг-ға көбейту арқылы қысым күшін табамыз. Қысымды табу үшін қысым күшін тіреу ауданына бөлеміз.
Тастың Айдағы салмағы Жерге қарағанда 6 есе кем, ал массасы Айда өзгермейді.
2-есеп. Қандай жағдайда ыдыстағы су деңгейі көбірек жоғары көтеріледі: олар жүзетіндей , яғни қорғасын бөлшегі мен ағашты жіппен бір-біріне байлап тастағанда ма, әлде оларды бөлек тастағанда ма?
1-сурет
3-есеп. Краннан аққан судың жылдамдығын анықтау керек.
Құрал-жабдықтар: цилиндр формалы стакан, штангенциркуль, секундомер.
Шешуі: Секундомер көмегімен стакан қанша уақытта (t) суға толытанын білеміз. Соан кейін штангенциркуль көмегімен стаканның биіктігі (h) мен түбінің диаметрін (D) есептейміз. Сонда, стаканның көлемі (немесе судың көлемі) болады. Су ағатын кранның көлденең қимасының диаметрін (d) есептейміз.
. Судың ағу жылдамдығы . Жоғарғы өрнектерді соңғы теңдеуге қойсақ
.
4-есеп. Мылтық бытырасының глицериндегі қозғалыс жылдамдығының оның радиусына тәуелділік заңдылығын зерттеу керек.
Құрал-жабдықтар: Глицерин құйылған өлшегіш цилиндр, әр түрлі өлшемдегі қорғасын бытыралар, сызғыш, секундомер, микрометр.
Шешуі: Глицерин ішінде төмен құлаған бытыраға жоғары қарай бағытталған, оның жылдамдығына тура пропорционал кедергі күші әсер етеді де біраз уақыттан кейін осы күш бытыраның ауырлық күшіне тең болады
.
Осы мезеттен бастап бытыра бірқалыпты қозғалады. Бытыраның жүрген жолын (l) онеың құлау уақытына бөлсек (t), бытыраның жылдамдығын табамыз:
.
Бытыра радиусын (r) микрометрмен табамыз. әр түрлі радиустағы бытыралардың глицериндегі қозғалыс жылдамдығын зерттей отырып тәуелділік графигін сызамыз. Сонда 2-суреттегідей графикті аламыз.
2-сурет
Графиктің түрі параболаға ұқсас. Оның тәуелділік екенін дәлелдеу үшін тәуелділік графигін саламыз. Бұл график 3-суреттегідей түзу болып шығады. Демек, бытыраның жылдамдығы оның радиусының квадратына тура пропорционал.
3-сурет
5-есеп. Динамометрдің өлшеу шегінен салмағы асып кететін жүктің массасын табу керек.
Құрал-жабдықтар: Штатив, біртекті емес стержень, динамометр, жүк, жіп, миллиметрлік қағаз.
4-сурет
Шешуі: Біртекті емес стерженьді 4-суреттегідей тепе-теңдік қалпына келтіріп, яғни ауырлық центрінен жіп өткізіп іліп қоямыз. Сонан кейін қысқа жағының ұшына жүкті, ұзын жағының ұшына динамометрді іліп, оның көрсетуін жазып аламыз (5-сурет). Моменттер ережесінен:
5-сурет
6-есеп. Бірнеше орамдары бостау байланған пружина қапшық ішінде орналасқан. Пружинаның қандай бөлігі байланғандығын анықта (6-сурет).
Құрал-жабдықтар: қапшық ішіндегі пружина, муфтасы және қысқышы бар штатив, массасы 100 г болатын жүктер жиынтығы, 50 грамдық жүк, сызғыш.
Шешуі: Пружинаны штативке бекітеміз де, жүктерді төменгі ұшына іле отырып, жүктер салмағы мен пружина ұзаруы арасындағы тәуелділік графигін саламыз.
6-сурет
Сонда 7-суреттегідей график аламыз.
Графиктің ОА бөлігінде пружинаның барлық бөлігі «жұмыс» істеген. Жүктерді көбейткен кезде пружинаның бір бөлігі жұмыстан шығады. Сөйтіп ары қарай тек (графиктің АВ бөлігі) пружинаның байланбаған бөлігі ғана ұзарады. Графиктен «толық» пружинаның қатаңдығы табамыз.
7-сурет
Графиктің А нүктесі үшін мынандай теңдеу жазамыз.
х0 – толық пружинаның созылуы, х – байланбаған бөлігінің созылуы, хб – байланған бөлігінің созылуы.
немесе .
7-есеп. Тар цилиндр ыдыста жүзіп жүрген ағаштан жасалған таяқтың тығыздығын тек сызғыштың көмегімен қалай анықтауға болады?
Шешуі: Дененің тығыздығы неғұрлым жоғары болса, онда оның аз бөлігі су бетінде орналасады.
Таяқтың толық ұзындығын өлшеп алып, оны суға саламыз. Таяқтың толық ұзындығы , ал судың бетіндегі бөлігі -ге тең. Онда таяқтың массасы мынаған тең: , мұндағы — ағаштың тығыздығы, — таяқтың қимасының ауданы, судың массасы , бұл жердегі — судың тығыздығы. Таяқ жүзетіндіктен массалар тең.
Осыдан .
Мұнда негізгі нәрсе таяқтың вертикаль жүзуі, егер ол горизонталь жататын болса, онда есепті шешу қиындық тудырады. Сондықтан таяқтың вертиваль жүзуі үшін өте тар цилиндр ыдысты пайдалану керек. Оның қабырғалары таяқтың горизонталь орналасуына кедергі жасайды.
Енді бір эксперименттік есепті әр түрлі жолмен шығару тәсіліне тоқталайық:
11-сынып үшін:
1.Есеп. Шашыратқыш линзаның бас фокус аралығын анықтау.
Құрал-жабдықтар; шашыратқыш линза, сызғыш, жинағыш линза, экран, ток көзі, төменгі вольтті шам, жалғағыш сымдар, кілт.
Шашыратқыш линза – тікелей экранда алуға болмайтын жалған кескін беретіндіктен, оның бас фокус аралығын анықтау үшін бірнеше жанама тәсілдерді пайдалануға болады.
1-тәсіл. Шашыратқыш линза арқылы бір көзбен кез-келген затты қарап, екінші құралсыз көзбен бір бет қағазды сол қараған затымыздың жалған кішірейген тұсына қоямыз.
Линзадан бір бет қағазға шейінгі қашықтық бұл линзадан кескінге шейінгі f қашықтық. Линзадан нәрсеге дейінгі қашықтықты d деп аламыз.
8- сурет
Линзаның фокус аралынығ төмендегі формуламен есептейміз.
.
2-тәсіл. Ток көзін жалғағыш сымдар арқылы төменгі вольтты шамға қосамыз. Сол шам қылының жинағыш линзадағы S1 кескінін экранда аламыз. Жинағыш линзамен экран арасына шашыратқыш линзаны қойсақ, онда экрандағы кескін жойылады. Экранды кері шегіндіру арқылы шам қылының S11 кескінін аламыз. Жарық сәулелерінің қайтымдылық қасиеттерін пайдаланып, онда жарық S11 нүктесінен шығады. Сонда S1 нүктесі S11 нүктесінің шашаратқыш линзадағы жалған кескін (8-суретте).
d және f арақашықтығын өлшеп, төмендегі формула бойынша бас фокус аралығын табамыз.
.
3-тәсіл. Жарық беріп тұрған шам мен экран арасына шашыратқыш линзаны қоямыз. Линзаның шетіне жақын өткен сәулелер мен линзадан шашыраған сәулелердің жиынтығы экранда (8-суретте) СВ жарық дөңгелек зонасы пайда болады. линзаның О центрі арқылы SА сәулесіне параллель сәуле жүргіземіз.
9-сурет
Бұл сәуле АС сәулесінің созындысы N нүктесінде кесіп өтеді. Бұл N нүктесі линзаның фокус жазықтығында жатады. Осы нүктеден линзаның бас оптикалық осіне перпендикуляр тұрғызсақ, онда біз линзаның бас оптикалық фокусы F-ті аламыз.
10-сурет
ONF пен ОЕМ, АND мен АСВ, АОN мен АВС үшбұрыштарының конгруэттігінен: бойынша линзаның фокус аралығын есептеп табамыз.
Осындай эксперименттік есептерді шығару барысында оқушылар физикалық құбылыстардың жүру процесін зерттейді, физикалық аспаптармен жұмыс істеуді үйренеді, физикалық заңдар мен заңдылықтарды тағайынтап, теориялық алған білімдерін практикамен ұштастырып, шығармашылық қабілетін дамытады.
Қорытынды
Тәжірибені қорытындылауға заңдылықты табу, оны қайта ашумен тең. Күнделікті сабақты түсіну барысында, лабораториялық жұмыстар жасау кезіндегі эксперименттік тапсырмаларды да оқушылар қағазға орындайды. Ал, эксперименттік тапсырманы табиғи қалпында көру, өмірде, тұрмыста қажет екендігін сезіну баланы алға жетелейді.
Оның артықшылықтары мынада: біріншіден, ғылыми заңдылықтың өз өмірінде пайдасын көруге үйрену; екіншіден физика пәніне деген қызығушылықтың оянуы; үшіншіден өздері – жаңа ғылыми жаңалық ашуға талпынуы.
Қорыта келгенде:
- Физиканы өмірлік тәжірибемен ұштастыру табиғат заңдылықтарының физикалық мағынасын дұрыс түсінуге, теориялық білімді-практикада қолдана білуге баулиды.
- Эксперименттік дағдыны — өмірде, тұрмыста қолдана білген оқушының білімі шыңдала түседі. Жоққа жауап іздеп, алға ұмтылады.
Тәжірибеге сүйене отырып; оқушылардың бойына эксперименттік дағдыны қалыптастыра отырып, мұғалім баладан кез келген проблемадан шығуға болатынын; проблемадан тұжырым; тұжырымнан заңдылық; ал заңдылықтан ғылым туатынына көздерін жеткізу керек.
Ал, заңдылықтың, заңдардың бірден бір дәлелдемесі – эксперимент. Эксперименттің табысты болуы білім деңгейінің жоғарылығына байланысты.
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
- Внеурочная работа по физике. Под редакцией. О.Ф.Кабардина. Москва, «Просвещение», 1993г.
- Физический практикум для классов с углугленным изучением физики. Дидактический материал 9-11 классов. Под редакцией Ю.И.Дина, О.Ф.Кабардина. Москва, «Просвещение», 1993г.
- Усова А.В. Формирование у учащихся общих учебно-познавательных умений в процессе изучения предметов естественного цикла. – Челябинск, 1997.
- Ковтунович М.Г. Домашний эксперимент. Физика. Логика. Психология. Рабочая тетрадь для сам. Работы уч-ся по спецкурсу в 9 классе. — Челябинск, 1999.
- Ланге В.Н. Экспериментальные физические задачи на смекалку.
- Физика в школе, № 4, 1991.
- Методика преподавания физики в 6-7 классах средней школы. Под.редакцией В.П.Орехова и А.В. Усовой. Москва, 1972.
- Математика и физика, № 1, 2002.
- Развитие творческой активности школьников. Под. Редакцией А.М.Матюшкина.
- В.А.Зибер. Задачи-опыты по физике, изд. 2. Л., Учпедгиз, 1995.
- С.С.Мошков. Экспериментальные задачи по физике в средней школе. М., Учпедгиз, 1995.
- С.Ф.Покровский. Наблюдай и исследуй сам. М., «Просвещение», 1996.
- В.Г.Разумовский. Творческие задачи по физике для восьмилетней школы. М., «Просвещение», 1967.
- И.М.Низамов. Задачи по физике с техническим содержанием. М., «Просвещение», 1967.
- В.И.Лукашик. Сборник вопросов и задач по физике для 6-7 классов, изд.3. М., «Просвещение», 1970.
- В.А.Золотов. Вопросы и задачи по физике, в 6-7 классах, изд. 3. М., «Просвещение», 1971.
- М.Е.Тульчинский. Качественные задачи по физике в средней школе, изд. 4. М., «Просвещение», 1972.
- С.Е.Каменецкий., В.П.Орехов. Методика решения задач по физике в средней школе. М., «Просвещение», 1971.
- «Математика және физика», №3, 2003ж, 38-48 бет.
- «Математика және физика», №3, 2004ж, 33 бет.
