Давиден А.А. Лабораторные работы в процессе обучения

Пора узнать, что в мирозданья,
Куда ни обратись, — вопрос, а не ответ.
А.А. Фет

Лабораторным работам в процессе обучения физике отводится значительное количество времени, и от них ожидается большая результативность. Однако какова эта результативность на практике? Да и вообще в отношении данной разновидности учебного эксперимента возникает ряд вопросов. Почему, например, многие из них представляют собой экспериментальные задачи (ведь в их наименованиях присутствует слово «определение»)? Почему же тогда это не просто экспериментальные задачи, а лабораторные работы? Почему они располагаются в конце рассмотрения темы, а не наоборот — в начале? Может быть, их назначение сводится лишь к подтверждению справедливости той или иной физической теории? Тогда как же выглядит с точки зрения этики учитель? Он на уроке объяснял, выводил закон, а ученик обязан порой на примитивном оборудовании убедиться в его справедливости? А если в ходе лабораторной работы, что бывает не так уж и редко, закон не подтвердился? В каком тогда положении учитель, да и автор учебника тоже?

Каков же выход? Отказаться от лабораторных работ? Но этого делать нельзя. Экспериментальный характер физики давно распространился на процесс ее преподавания. К тому же опыт показывает, что для многих ребят физика и интересна в связи с присутствием в ней эксперимента.

Тогда, может быть, целесообразно изменить характер самих лабораторных работ и пересмотреть их роль в учебном процессе, сделав ударение на том, что данный вид физического эксперимента для нас важен как метод обучения? Соглашаясь с последним, попытаемся доказать это на примере одной из лабораторных работ, которую мы ставим в IX классе, — «Исследование зависимости силы упругости от деформации тела».

Данную лабораторную работу целесообразно поставить непосредственно на уроке изучения новой темы «Сила упругости. Закон Гука». Сначала даем учащимся понятие деформации тела, объясняем природу силы упругости, знакомим с ее проявлениями в природе и особенно с применением в технике. После этого предлагаем исследовать экспериментально зависимость силы упругости от деформации тела.

Для достижения этой цели учащиеся могут воспользоваться тем же оборудованием, что и при выполнении лабораторных работ «Измерение жесткости пружины» [1, 177] или же «Определение жесткости пружины» [3, 91]. Но для повышения эффективности учебных занятий в качестве исследуемых образцов мы предлагаем использовать не только пружины динамометров, но и другие пружины, резиновые нити или полоски с различной жесткостью.

Сформулировав цель лабораторной работы, которая вытекает из ее наименования, а именно: исследовать зависимость силы упругости от деформации тела, для систематизации и последующего обобщения получаемых в ходе эксперимента данных вместе с учащимися чертим таблицу:

Отметим, что в первой (после номера опыта) колонке необходимо ставить ту величину, которая приводит к возникновению силы упругости, т. е. деформации телах. Это способствует формированию у учащихся причинно-следственных связей.

Затем предлагаем учащимся получить различные значения сил упругости, которые будут возникать в исследуемых образцах вследствие их деформирования, и занести все эти данные в соответствующие колонки таблицы. Ученикам достаточно выполнить 3-4 опыта. Деформации (в данном случае растяжения) образцов учащиеся измеряют линейками, а силы упругости могут сравнить со значениями сил, которые вызывают эти деформации, например, со значениями сил тяжести, действующих на прикрепляемые к свободным концам образцов грузики, как это делается при выполнении названных выше работ.

Отметим, что при использовании в качестве исследуемого образца пружины, которая является элементом динамометра, значения возникающих в ней сил упругости берутся непосредственно с его шкалы. Растягивать же данную пружину можно действием руки.

Если же мы будем наблюдать деформации резиновой нити или полоски, то значения возникающих при этом сил упругости получаем следующим способом. К свободному концу исследуемого образца прикрепляем крючок динамометра и тянем его дощечку. Понятно, что возникающие в нити и пружине силы упругости будут иметь одинаковые значения, поэтому необходимые нам данные опять же можно снять со шкалы динамометра.

После этого предлагаем учащимся построить на основании полученных данных (всем в одном масштабе) график зависимости силы упругости от деформации тела (рис. 1) и сделать соответствующие выводы.

Рис. 1

Рис. 2

Опыт показывает, что учащиеся достаточно легко приходят к выводу о прямо пропорциональной зависимости силы упругости от деформации тела, т.е. к известной формулировке закона Гука [1, 75].

Обратим внимание и на то, что в отдельных случаях учащиеся могут получить данные, которые приведут к следующему графику (рис. 2). Это будет зависеть как от исследуемого образца, так и от деформирующей его силы. Очевидно, что это позволяет заострить внимание школьников на пределах действия каждого закона. Рассматриваемый же закон, как известно, действует для упругих деформаций тела (рис. 1 и 2) от 0 до x₁ м.

Характерно то, что при использовании образцов с различной жесткостью угол наклона графиков к оси деформаций будет разным. Как правило, учащиеся это замечают самостоятельно. Учителю же необходимо подтолкнуть их к выводу относительно коэффициента пропорциональности k в уравнении закона Гука, а именно о его зависимости от геометрических размеров и материала образца.

Затем каждый учащийся находит числовое значение жесткости и заносит его в соответствующую колонку таблицы.

Опыт подтверждает, что такие лабораторные работы способствуют формированию у учащихся экспериментальных умений и навыков, развивают интерес к физике. Учащимся при этом отводится роль исследователей, которые не только ставят эксперимент, планируют его этапы, но и самостоятельно формулируют выводы, что в такой же степени важно для процесса обучения и тогда, когда они (выводы) имеют лишь субъективную новизну.

При выполнении лабораторных работ аналогичного характера учащиеся самостоятельно усваивают новый материал, оставляя, конечно же, работу с учебником в качестве домашнего задания. Вместе с тем освобождается один урок, который можно использовать для решения задач или же для других целей.

1. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика: Учеб. для 9 кл. сред. шк. — 2-е изд. — М.: Просвещение, 1992. — 192 с.

2. Саенко П.Г. Физика: Учеб. для 9 кл. сред. шк. — 2-е изд. — М.: Просвещение, 1992. — 175 с.

3. Шахмаев Н.М. и др. Физика: Учеб. для 9кл. сред. шк. — 2-еизд. — М.: Просвещение, 1992. — 240 с.