CC BY
256
научно-методический электронный журнал
Ермакова Е. В. Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе // Концепт. - 2013. - № 03 (март). - ART 13058. -0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/20l3/13058.htm. -Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
ART 13058 УДК 372.853:378.147.88 Ермакова Елена Владимировна,
кандидат педагогических наук, доцент кафедры теории и методики преподавания физики, технологии и предпринимательства ФГБОУ ВПО «Ишимский государственный педагогический институт им. П. П. Ершова, г. Ишим ErmakowaEl@mail.ru
Аннотация. В статье рассматривается применение задач при проведении лабораторных занятий по физике в вузе.
Ключевые слова: лабораторные занятия, физическая задача, задачи сопровождения, этапы проведения лабораторных занятий.
Изучение физики невозможно без лабораторных занятий. На лабораторном занятии лучше всего решаются вопросы интеграции знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков, формируются такие важные профессиональные и личностные качества студентов, как самостоятельность, активность, умение аналитически мыслить, переносить усвоенные способы действий в новые ситуации и т. п.
Распространены следующие методы организации лабораторных занятий в вузах: фронтальные (когда все студенты выполняют одну и ту же работу), циклические (когда согласно графику студенты выполняют работы, разные по содержанию, но одной тематики), поточные, индивидуальные (система отдельных работ).
Изучение литературы позволяет утверждать, что процесс выполнения лабораторной работы разделяют на три, четыре, пять или шесть действий (стадий или этапов) [1, 2].
Мы будем придерживаться процесса выполнения лабораторной работы, состоящего из четырех действий.
1. Предварительная подготовка.
2. Эксперимент.
3. Обработка результатов эксперимента, оценка погрешностей, обобщение результатов с целью получения выводов по работе, составление и написание краткого отчета.
4. Защита лабораторной работы.
Каждое действие деятельности по выполнению лабораторных работ есть отдельная совокупность операций, подчиненная определенной цели.
Остановимся подробнее на предварительной подготовке к лабораторным занятиям.
Подготовка является важнейшим этапом лабораторного занятия, как и любой деятельности студентов в учебном процессе. Чтобы исследовать какое-либо явление или провести его опытную проверку, необходимо четко представлять себе поставленную задачу, взаимосвязь с другими явлениями и измеряемыми величинами; знать, какие величины и при помощи каких приборов можно получить опытным путем, какие - путем расчетов и вычислений, а какие взять из таблиц.
Студент должен составить образ той деятельности, которую ему предстоит осуществить при выполнении эксперимента. Результативность выполнения экспериментов определяется глубиной и осознанностью представления о той работе, которую он планирует для осуществления эксперимента, т. е. умения прогнозировать результаты, составлять план предстоящей деятельности, план верификации результатов и т. д.
Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике
в педагогическом вузе
f\j ■Л f\j
http://e-koncept.ru/2013/13058.htm
научно-методический электронный журнал
Ермакова Е. В. Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе // Концепт. - 2013. - № 03 (март). - ART 1305S. -0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2013/1305S.htm. -Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
ART 13058 УДК 372.853:378.147.88
При подготовке деятельности, направленной на решение какой-либо задачи, выполнение работы, как минимум, необходимы либо опыт в решении (выполнении) аналогичных задач (действий), либо знакомство с примерами решения такого типа задач. В большинстве случаев студенты, готовящиеся дома самостоятельно к проведению лабораторных работ, ничего этого не имеют.
Хотя в пособиях для лабораторных занятий и утверждается, что на занятиях предоставляется максимальная самостоятельность, в действительности рекомендуемая в них методика выполнения предполагает работу по готовым инструкциям и студентам остается лишь строго следовать имеющимся указаниям.
По нашему мнению, инструкции к лабораторным занятиям должны быть различными по содержанию. Студент должен понимать, что методическое описание - это только основа для выполнения работы, что навыки экспериментирования зависят не от качества описания, а от отношения студента к работе и что формально, бездумно проведенные измерения - это потраченное впустую время.
Относительно того, когда следует спрашивать теоретический материал, существует несколько точек зрения. Первая предлагает во время предварительного опроса студента выяснить теоретические знания по содержанию лабораторной работы со всеми математическими выкладками, а по окончании работы проверить результат, задать один-два вопроса по методике работы, устройству и действию приборов и считать работу законченной.
Другая точка зрения состоит в том, что предварительный опрос может касаться только смысла работы, методики ее проведения, а после выполнения экспериментальной работы студент должен отвечать по теории с предоставлением результата.
И в том, и в другом случае приходится сталкиваться с тем фактом, что при нефронтальном ведении лабораторных занятий студенту может быть незнаком теоретический материал, используемый для толкования физического явления. Поэтому более эффективен первый метод. Заметим, что когда студент отчитывается в знании теоретического материала до выполнения лабораторной работы, а не после, у него не появляется стремления затянуть ее сдачу.
Теоретическую подготовку студентов к лабораторному занятию чаще проводят путем устной кратковременной беседы. Студенту задается до пяти вопросов по устройству приборов, установке и выполнению работы. По нашему мнению, за такой короткий срок нельзя выявить степень подготовки каждого студента к работе, тем более двух-трех человек.
Некоторые преподаватели практикуют собеседования со студентами во время выполнения работы. В таких случаях часто бывает, что студент уже успел выполнить часть работы, пока преподаватель обнаружил, что он не подготовлен. В результате подобного выполнения работ студент лишь поверхностно знакомится с устройством приборов, их достоинствами и техникой эксперимента.
На этапе подготовке к лабораторному занятию предлагаем использовать задачи.
Доказано, что решение задач составляет неотъемлемую часть полноценного изучения предмета (в частности, физики) на любом уровне. В процессе решения задач проявляются основные закономерности мыслительной деятельности. При введении новых понятий постановка задач способствует возникновению потребности в знаниях и в усвоении способов их добывания. О степени усвоения физических понятий можно судить по умению сознательно их применять для анализа конкретных физических явлений в процессе решения задач.
«VI О <Х»
http://e-koncept.ru/2013/13058.htm
научно-методический электронный журнал
Ермакова Е. В. Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе // Концепт. - 2013. - № 03 (март). - ART 1305S. -0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2013/1305S.htm. -Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
ART 13058 УДК 372.853:378.147.88
Решение задач позволяет лучше понять и запомнить основные законы физики, воспитывает способность применять общие теоретические закономерности к отдельным конкретным случаям. В этом случае решение задач - один из методов обучения физике, на котором идет не изучение законов, формул, графических зависимостей, расчетов и т. п., но активное применение их, обучение анализу в конкретных физических ситуациях.
Задачами-сопровождениями будем называть задачи, ориентированные на понимание сущности лабораторной работы, приближенные как можно ближе к реальной практической деятельности на лабораторном занятии. Это задачи, в процессе решения которых предполагается выявление физической сущности объектов, явлений (процессов) лабораторной работы, их взаимосвязи и взаимодействия.
Учитывая, что деятельность студентов на лабораторном занятии состоит из четырех основных действий, задачи-сопровождения можно разделить на следующие основные группы:
- задачи по предварительной подготовке к лабораторной работе;
- задачи по проведению эксперимента;
- задачи по обработке результатов эксперимента;
- задачи контроля и самоконтроля.
Задачи по предварительной подготовке, на наш взгляд, организуют познавательную деятельность студентов, готовящихся к лабораторной работе. Они помогают студентам из большого объема теоретического материала выделить необходимый. Задачи, предлагаемые здесь, воспроизводят ту физическую ситуацию, которая потом создается в эксперименте. Решение этих задач поможет студентам сделать вывод рабочей формулы, установить теоретически зависимость между величинами, подвергающуюся экспериментальной проверке.
Среди них можно выделить:
- задачи, позволяющие подойти к изучаемому явлению, помогающие вскрыть исследуемые закономерности;
- задачи на воспроизведение или получение расчетной формулы;
- задачи, на объяснение явлений и процессов, наблюдаемых в ходе работы;
- задачи по проверке теоретического материала.
Например, к данной группе относим следующую задачу, предлагаемую в работе «Определение удельной теплоты парообразования воды калориметрическим методом»: Для определения удельной теплоты парообразования воды пар при температуре 373 К ввели в алюминиевый калориметр массой 52 г, содержащий 0,25 кг воды при температуре 282 К. После пропускания пара в калориметре оказалось 0,259 кг воды с температурой 303 К. Вычислить по полученным данным удельную теплоту парообразования воды.
Эта задача дает студенту расчетную формулу, используемую в работе и порядок действий по определению удельной теплоты парообразования воды.
К этой группе отнесем и задачи, которые требуют объяснить некоторые явления, наблюдаемые в ходе работы, например, в этой же лабораторной работе предлагается задача: «Стоящую на горячей плитке колбу с небольшим количеством кипящей воды закрывают резиновой пробкой с трубкой, опущенной в стакан с холодной водой. Затем горячую плитку заменяют холодной. Примерно через полминуты холодная вода из стакана с шумом устремляется в колбу и заполняет ее. Объясните, почему».
http://e-koncept.ru/2013/13058.htm
научно-методический электронный журнал
Ермакова Е. В. Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе // Концепт. - 2013. - № 03 (март). - ART 1305S. -0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2013/1305S.htm. -Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
ART 13058 УДК 372.853:378.147.88
Задачи на объяснение явлений, наблюдаемых в ходе работы, чаще всего качественные, т. е. не всегда требуют знания математических зависимостей.
Задачи по проведению эксперимента (вторая группа) позволяют:
- осмыслить метод измерения;
- спланировать эксперимент;
- наметить порядок проведения измерений;
- обосновать применение соответствующих приборов и устройств.
Задачи третьей группы - задачи-сопровождения по обработке результатов эксперимента - дают возможности для уточнения результатов измерений; для оценки погрешности физических измерений; для представления результатов измерений в удобной для восприятия форме. Они позволяют сравнительно быстро и своевременно исправлять допущенные в вычислениях ошибки.
Четвертая группа задач - самая объемная группа задач-сопровождения - используется для контроля знаний студентов и для самоконтроля. Это и задачи, активизирующие поиск новых путей для решения проблемы; и задачи, устанавливающие связь между разделами курса физики; задачи иллюстрирующие применение изучаемых явлений, процессов в технике, медицине и т. д.
Задачи контроля и самоконтроля помогают дифференцировать знания каждого студента, углублять их. Студент обнаруживает связи между элементами задачи и лабораторной работы, чему способствует активизация необходимых знаний.
Например, лабораторная работа «Проверка законов колебания математического маятника и определение ускорения силы тяжести с помощью математического маятника» содержит задачу:
Задача: «Как можно использовать график экспериментальной зависимости между периодом колебаний математического маятника и его длиной для определения ускорения свободного падения?»
Задачи для защиты лабораторных работ более сложные, требуют использования знаний нескольких тем курса физики. Их решение направлено на формирование у студентов важных мыслительных функций (анализ, синтез, обобщение и т. д.)
Таким образом, инструкция к лабораторной работе может выглядеть следующим образом (самый подробный вариант) [3].
Определение абсолютной и относительной влажности воздуха разными способами
Цель работы: научиться определять абсолютную и относительную влажность воздуха с помощью психрометра Ассмена.
Приборы и материалы: термометр, психрометр Ассмена.
Вопросы для самоконтроля
1. Дать определения: влажности воздуха, абсолютной влажности воздуха, относительной влажности воздуха, точки росы, парообразования, насыщенного пара, температуры, термодинамического равновесия.
2. Какое давление называется парциальным? Сформулируйте закон Дальтона.
3. Что означает выражение «Относительная влажность воздуха 45 %?»
4. Какие физические явления наблюдаются в работе? Объясните ход работы.
5. Как повысить влажность в комнате?
6. Объясните механизм выпадения росы, образования инея.
7. Почему сильная жара труднее переносится в болотистых местностях?
8. Объясните причину появления тумана по вечерам вблизи водоемов.
Количество водяного пара, содержащегося в воздухе, имеет важнейшее значение для процессов, происходящих в атмосфере. Оно оказывает большое значение и влияние на жизнь растений и
животных.
гм yj nj
http://e-koncept.ru/2013/13058.htm
КОНТ TF.TTT
Ермакова Е. В. Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе // Концепт. - 2013. - № 03 (март). - ART 13058. -0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/20l3/13058.htm. -
научно-методический электронный журнал Гос. рег Эл № ФС 77-49965. - ISSN 23°4-120Х.
ART 13058 УДК 372.853:378.147.88
Водяной пар, находящийся в воздухе, изменяется как по количеству содержания его в воздухе, так и по состоянию насыщения.
Содержание водяного пара в воздухе - его влажность - характеризуется рядом величин. Абсолютная влажность е - количество водяного пара, находящегося в 1 м3 воздуха в момент наблюдения.
Абсолютной влажностью называют также давление (упругость или плотность) водяного пара в момент наблюдения.
Относительная влажность r - есть отношение количества водяного пара, действительно находящегося в воздухе к максимально возможному количеству водяного пара при данной температуре.
e
r = — • 100% E
(1)
100% .
(2)
где г - относительная влажность, е - абсолютная влажность (упругость водяного пара, находящегося в воздухе), Е - максимально возможная упругость пара при данной температуре.
Или, относительная влажность - это отношение давления (или плотности) водяного пара при данной температуре к давлению (плотности) насыщенного пара при той же температуре:
г = -Р-
Рн
Относительная влажность дает представление о степени насыщения воздуха водяными парами.
Задачи для подготовки
- Как изменяется абсолютная и относительная влажность воздуха при его нагревании?
- От каких факторов зависит точность определения относительной влажности?
- Найти массу воздуха, содержащегося в комнате объемом 200 м3 при температуре 25°С, если относительная влажность воздуха 50%, г0 = 2310-3 кг/м3.
- Относительная влажность воздуха 80%, а температура 17°С. Какова абсолютная влажность воздуха?
- Относительная влажность воздуха при температуре 22°С составляет 100%. Какое количество водяного пара содержится в 1 м3 воздуха при этом условии?
- В комнате объемом 50 м3 содержится 0,606 кг водяного пара при температуре 30°С. Какова относительная влажность воздуха?
- При каком условии относительная влажность воздуха может увеличиться, несмотря на уменьшение абсолютной влажности?
Ход работы
Психрометр Ассмена состоит из двух одинаковых термометров, закрепленных в специальной оправе. Шарик одного из термометров обвязан батистом, который смачивают дистиллированной водой. Со смоченной поверхности батиста на термометре идет испарение воды, интенсивность которого зависит от влажности окружающего воздуха. Чем больше недостаток насыщения водяными парами в окружающем воздухе, тем интенсивнее будет происходить испарение с батиста, и тем ниже будет показание смоченного термометра, так как на испарение затрачивается тепло. Следовательно, разность показаний сухого и влажного термометров зависит от относительной влажности воздуха.
В психрометре скорость обтекания воздуха около смоченного шарика термометра всегда постоянна. Это достигается при помощи вентилятора. Кроме того, в психрометре Ассмена оба термометра укреплены в особой металлической оправе, предохраняющей термометры от действия солнечной радиации. Смачивание термометра проводят с помощью резиновой груши или пипетки. Это нужно делать так, чтобы вода не попала на левый термометр.
1. Смочить влажный термометр и завести вентилятор на 3-4 оборота.
2. Снять показания влажного и сухого термометров на 3-4 минуте после включения вентилятора.
3. Найти разность между показаниями сухого и влажного термометров.
4. Опыт повторить не менее 4-х раз. С помощью таблицы 2 найти относительную влажность. Результаты занести в таблицу 1.
Таблица 1
№ tu "C (сух) t2, 0C Dt=t1~t2,uC r,% Гср, %
1
2
3
PU г м
http://e-koncept.ru/2013/13058.htm
КОНТ ТЕПТ
научно-методический электронный журнал
ART 13G58 УДК 372.853:378.147.88
Ермакова Е. В. Задачи при подготовке лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе // Концепт. - 2013. - № 03 (март). - ART 1305S. -0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2013/1305S.htm. Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
Таблица для определения относительной влажности
Таблица 2
Показания сухого термометра Разность показаний сухого и влажного термометров
К °С о 1 2 3 4 б б 7 8 9 1о 11
273 о 1оо 82 б3 4б 28 11
1 1оо 83 бб 48 32 1б
2 1оо 84 б8 б1 3б 2о
3 1оо 84 б9 б4 39 24 1о
4 1оо 8б 7о бб 42 28 14
278 б 1оо 8б 72 б8 4б 32 19 б
б 1оо 8б 73 бо 47 3б 23 1о
7 1оо 87 74 б1 49 37 2б 14
8 1оо 87 7б б3 б1 4о 28 18 7
9 1оо 88 7б б4 б3 42 31 21 11
283 1о 1оо 88 7б бб б4 44 34 24 14 4
11 1оо 88 77 бб бб 4б 3б 2б 17 8
12 1оо 89 78 б8 б7 48 38 29 2о 11
13 1оо 89 79 б9 б9 49 4о 31 23 14 б
14 1оо 9о 79 7о бо б1 42 33 2б 17 9
288 1б 1оо 9о 8о 71 б1 б2 44 3б 27 12 б
1б 1оо 9о 81 71 б2 б4 4б 37 3о 22 1б 8
17 1оо 9о 81 72 б4 бб 47 39 32 24 17 1о
18 1оо 91 82 73 б4 бб 48 41 34 2б 2о 13
19 1оо 91 82 74 бб б8 бо 43 3б 29 22 1б
293 2о 1оо 91 83 74 бб б9 б1 44 37 3о 24 18
21 1оо 91 83 7б б7 бо б2 4б 39 32 2б 2о
22 1оо 92 83 7б б8 б1 б4 47 4о 34 28 22
23 1оо 92 84 7б б9 б1 бб 48 42 3б 3о 24
24 1оо 92 84 77 б9 б2 бб 49 43 37 31 2б
298 2б 1оо 92 84 77 7о б3 б7 бо 44 38 33 27
2б 1оо 92 8б 78 71 б4 б8 б1 4б 4о 34 29
27 1оо 92 8б 78 71 бб б9 б2 47 41 3б 3о
28 1оо 93 8б 78 72 бб б9 б3 48 42 37 32
29 1оо 93 8б 79 72 бб бо б4 49 43 38 33
3о3 3о 1оо 93 8б 79 73 б7 б1 бб бо 44 39 34
Задачи по проведению эксперимента и обработке результатов эксперимента
- Какова влажность воздуха, если сухой и смоченный термометры психрометра показывают одинаковую температуру? Влажный термометр психрометра показывает 10°С, а сухой 14°С. Найти относительную влажность и давление насыщенного пара.
- Пользуясь психрометрической таблицей, укажите, при каком условии могут совпадать показания влажного и сухого термометра?
- Как будут изменяться показания влажного термометра психрометра при уменьшении влажности?
Задачи по проведению эксперимента и обработке результатов эксперимента
- Найти относительную влажность воздуха по показаниям сухого и влажного термометра психрометра, равных соответственно 29 и 22°С; 15 и 9°С; 25 и 21°С; 20 и 18°С. Сравнить полученные значения относительной влажности с результатами отсчетов по гигрометру Ламбрехта, если указываемые им значения температуры точек росы в те же моменты и в том же месте соответственно равны 18; 2; 19; 17°С.
- Какую конструкцию гигрометра вы могли бы предложить и изготовить самостоятельно вместо гигрометра, используемого в настоящей работе?
- Найти относительную влажность воздуха в комнате при температуре 180С, если точка росы 100С.
- В каком случае «точка росы» становится «точкой инея»?
Задачи контроля и самоконтроля
- По данным лабораторной работы определите массу водяного пара в помещении кабинета.
- Используя комнатный бытовой термометр, кусочек льда и стакан с водой, определите относительную влажность воздуха в помещении. Объясните наблюдаемые во время опытов явления.
- Определите массу водяного пара в помещении, имея психрометр, метровую линейку и справочник.
http://e-koncept.ru/2013/13058.htm
научно-методический электронный журнал
Ермакова Е. В. Задачи при подготовке к лабораторным занятиям по физике в педагогическом вузе // Концепт. - 2013. - № 03 (март). - ART 1305S. -0,5 п. л. - URL: http://e-koncept.ru/2013/1305S.htm. -Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304-120X.
ART 13058 УДК 372.853:378.147.88
- Относительная влажность в комнате при температуре 16°С составляет 65%. Как она изменится при понижении температуры воздуха на 4 К, если давление насыщенного водяного пара останется прежним?
- При 20°С относительная влажность воздуха составила 60%. Сколько воды в виде росы выделится из каждого кубического метра воздуха, если температура понизилась до 8°С?
3 3
- Смешали V1 = 1 м воздуха с относительной влажностью r1 = 20% и V2 = 2 м воздуха с относительной влажностью r2 = 30%. При этом обе порции были взяты при одинаковых температурах. Смесь занимает объем V = 3 м3. Определить относительную влажность.
3 3
- Смешали V1 = 1м воздуха с относительной влажностью r1 = 20% и V2 = 2 м воздуха с относительной влажностью r2 = 30%. При этом обе порции были взяты при одинаковых температурах. Смесь занимает объем V = 3 м3. Определить относительную влажность.
- В комнате объемом 50 м3 относительная влажность воздуха 40%. Если испарить дополнительную воду массой 60 г, то относительная влажность будет равной 50%. Какой при этом будет аб-
солютная влажность воздуха?
Лабораторные занятия делают знания студентов более глубокими, знакомят их с экспериментальным методом исследования в науке, помогают формированию измерительных навыков и умений. Задачи же помогут при подготовке к лабораторной работе, помогут углубить знания студента, полученные им на лабораторных занятиях.
Ссылка на источники
1. Темиркулова Н. И. Методические основы применения ЭВТ на лабораторных и практических занятиях курса общей физики (на примере технического вуза): - дис.... канд. пед. наук. - Челябинск: ЧГПИ, 1992. - 227 с.
2. Мелешина А. М., Гарунов М. Г., Семакова А. Г. Как изучать физико-математические дисциплины в вузе: советы студентам младших курсов. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 1988. - 208 с.
3. Ермакова Е. В. Методические рекомендации к лабораторным занятиям по курсу общей физики (молекулярная физика и термодинамика). - Ишим: Изд-во ИГПИ им. П. П. Ершова, 2003. - 60 с.
Ermakova Elena,
the Candidate of Science (Pedagogics), the associate professor of the Chair of Theory and Methods of Teaching Physics, Technology and Business of the Ishim Ershov State Teachers Training Institute, Ishim ErmakowaEI@mail.ru issn 2304-120X
Tasks in preparation for laboratory studies in physics at the Pedagogical Univers Abstract. In the artibe the tasks application in laboratory studies in physics at the Univers.
Keywords: laboratory studies, physical task, maintenance tasks, phasec of the laboratory exercises.
1 9772304120135
Рекомендовано к публикации:
Горевым П. М., кандидатом педагогических наук, главным редактором журнала «Концепт»
pu "7 fu
977230412013503
http://e-koncept.ru/2013/13058.htm
