Opracowanie : Czesław KIZOWSKI, Józef TRZEŚNIOWSKI INSTYTUT FIZYKI Zakład Dydaktyki Fizyki METODYKA PRZEPROWADZANIA DOŚWIADCZEŃ POKAZOWYCH Opracowanie : Czesław KIZOWSKI, Józef TRZEŚNIOWSKI

Metodyka eksperymentu w nauczaniu fizyki Sens eksperymentu szkolnego zawiera się w tym, że zapoznaje on uczniów w dostępnej formie z jedną z metod samej nauki fizyki. Oprócz tego dzięki swej wysokiej poglądowości jest najbardziej efektywny pedagogicznie. Wyróżnić można następujące rodzaje fizycznego szkolnego doświadczenia: planowe doświadczenia nauczycielskie, prace laboratoryjne, ogólne doświadczenia, prace ćwiczeniowe eksperymentalne zadania, doświadczenia pozaklasowe.

Znaczenie i rola doświadczeń pokazowych Spora ilość badanych zjawisk fizycznych, pojęć, praw nie może być dobrze przyswajana, przez uczniów, bez starannie opracowanego systemu doświadczeń. Eksperymentu doświadczalnego nie można zastąpić przykładami z życia obserwacji uczących. Te są nie jednakowe u różnych uczniów, stąd nie mogą stanowić bazy dla formułowania nowej wiedzy, albowiem zjawisko czy proces obserwowany w przyrodzie bądź w technice, pozostaje zazwyczaj w ścisłej zależności z innymi dodatkowymi faktami. Eksperyment zaś ma przedstawiać zjawiska z minimalną ilością czynników pobocznych. Dzięki temu uczniowie mają możliwość bezpośredniej obserwacji szczególnych cech oraz klasyfikację badanych praw. Wykonując doświadczenia, uczniowie uczą się śledzić zjawiska fizyczne, opracowywać wyniki pomiarów, posługiwać się różnorodnymi przyrządami fizycznymi itp.. To przygotowuje uczniów do samodzielnej pracy związanej z zadaniami eksperymentalnymi bądź pracami ćwiczeniowymi. Eksperyment odgrywa także dużą i ważną rolę w powtórce materiału. Powtórnie przeprowadzone doświadczenia pozwalają uczniom szybciej przywołać w pamięci wcześniej przyswojony materiał, głębiej wniknąć w sens zjawisk fizycznych i praw, zauważyć umykające z pamięci cechy i właściwości fizyczne badanych przedmiotów.

Metodyka prezentowania doświadczeń na lekcjach Pedagogiczną efektywność jakiegokolwiek doświadczenia, można osiągnąć wyłącznie przy określonej metodyce prezentowania eksperymentu. Jednym z pierwszych wymagań metodyki jest związek doświadczenia z materiałem wykładanym podczas lekcji. Dla wypełnienia tego związku doświadczenia powinny być krótkie, a przede wszystkim przekonujące i jasne. Te ważne cechy doświadczeń w wielu przypadkach są określane techniką ich przeprowadzania. Innym, ale równie ważnym metodycznie problemem jest miejsce eksperymentu na lekcji. Przy heurystycznym sposobie prowadzenia lekcji pogadanka nauczyciela powinna naprowadzić uczniów na postawienie pytań,eksperyment zaś weryfikuje ich przypuszczenia. I odwrotnie, prezentowane doświadczenie może poprzedzać pogadankę celem postawienia przed uczniami określonego problemu, który rozwiązywany ma być w trakcie lekcji. W wielu przypadkach, kiedy wyjaśniana jest istota zjawisk fizycznych, doświadczenie wykonywane jest po jego teoretycznym objaśnieniu, wtedy jest ono jakościową ilustracją wyłożonego prawa. Zdarza się także, że na jednej lekcji dany eksperyment jest prezentowany dwukrotnie; raz – przed rozpoczęciem lekcji, a drugi raz – po wyjaśnieniu nowego zjawiska.

c.d W celu aktywizacji działalności poznawczej uczniów na lekcji należy: 1. Jasno sformułować cel doświadczenia, omówić podstawowy schemat zestawu przy pomocy rysunku zamieszczonego na tablicy, a w przypadku bardziej skomplikowanych schematów na specjalnej planszy lub przeźroczu. Od schematu należy przejść do objaśnienia zebranego na stole zestawu doświadczalnego,określić sposób obserwacji zjawiska lub pomiaru wielkości fizycznej, zapowiedzieć na czym należy skupić uwagę zaobserwować pożądany efekt. Są to tzw. prace przygotowawcze, po których można przystąpić do prezentacji doświadczenia. Po przeprowadzeniu eksperymentu nauczyciel pyta uczniów o wynik eksperymentu.. Zadaniem nauczyciela jest pomóc uczniom , poprzez postawienie pytań naprowadzających, w znalezieniu prawidłowego objaśnienia wniosku ćwiczenia. Jako podsumowanie prowadzonych badań nauczyciel tenże rezultat uczniów, formułuje w bardziej ścisłej formie, przyjętej w literaturze naukowej. 2. Nie tłumaczyć uczniom jaki ma być wynik doświadczenia, aż do momentu jego uzyskania. Nie wypełnienie tego wymogu może spowodować brak zainteresowania klasy pokazem. Celem rozwinięcia myślenia intuicyjnego uczniów i zwiększenia ciekawości fizyką, nauczyciel może zapytać o rezultat prowadzonego eksperymentu przed jego demonstracją.

c.d 3. Wybrać racjonalną liczbę doświadczeń związanych z danym zjawiskiem czy prawem. Są bowiem takie zjawiska fizyczne, których zrozumienie przez uczniów, w czasie jednego pokazu, jest niemożliwe. W takich przypadkach bezwzględnie należy przedstawić uczniom kilka eksperymentów ( z różnymi ciałami lub na różnych przyrządach) ilustrujących jedno i to samo zjawisko bądź cechę. Jednakże w każdym , konkretnym przypadku trzeba zastosować sensowną ilość doświadczeń, gdyż zbyt duża ich grupa rozprasza uwagę uczniów oraz wymaga więcej czasu. 4. Włączyć jak największą ilość zmysłów uczniów. Oznacza to, że uczniowie powinni nie tylko uważnie śledzić demonstrację na lekcji, ale też w zeszytach przedmiotowych zanotować jego nazwę, ogólny schemat oprzyrządowania oraz rezultaty doświadczenia. Prawidłowe spełnienie tego wymogu zawiera się w zapisanej w zeszytach przez uczniów notatce; nazwę eksperymentu i jego ogólny schemat uczniowie sporządzają przed jego przeprowadzeniem, zaś wynik po jego zakończeniu i uważnej obserwacji.

c.d Przed wykonaniem doświadczeń związanych z odkrywaniem nowego zjawiska, prawa lub cechy ciał zastosować się można do następujących zasad: Postawić przed uczniami cel eksperymentu, Zapisać nazwę doświadczenia w zeszytach, Objaśnić ogólny plan doświadczenia, na rysunku schematycznym zamieszczonym na tablicy lub na specjalnej planszy, Omówić plan doświadczenia na przyrządach, Objaśnić sposób obserwacji bądź pomiaru, Wskazać elementy doświadczenia, na którym skupia się efekt eksperymentu, Wykonać eksperyment (uczniowie bądź nauczyciel) Sprawdzić wiarygodność wyników doświadczenia ( poprzez postawienie przed uczniami problemu), Zapisać w zeszytach otrzymane rezultaty, Wyjaśnić efekt eksperymentu,(nauczyciel pomaga zadając pytania naprowadzające) Sformułować w formie notatki efekt eksperymentu, Uogólnić wnioski na inne podobne sytuacje.

Technika prezentacji Ze sposobem przeprowadzania doświadczeń ściśle związana jest technika demonstracji. Pod hasłem „ technika demonstracji „ mieszczą się warunki gwarantujące najlepszy efekt doświadczenia i jego najlepszą, bezpośrednią percepcję przez uczniów, przy przestrzeganiu zasad bezpieczeństwa. Kwestią istotną jest tutaj fakt, że wynik każdego eksperymentu w pierwszym rzędzie zależy od jakości szkolnych przyrządów fizycznych. Relacji przyrządy – doświadczenia stawiane są szczególne wymagania. Po pierwsze przyrządy pomiarowe winny być wysokiej klasy, dobrej jakości technicznej, proste w użyciu, o dostatecznie dużych wymiarach i estetycznie wykonane. Po drugie poglądowość nauczania wymaga, aby zestaw doświadczalny był wyraźnie widoczny i najważniejsze detale schematu montażowego tych przyrządów. Czas prezentacji eksperymentu zależy nie tylko od jakości przyrządów, ale także od ich przeznaczenia, danych technicznych i od umiejętności posługiwania się nimi. Sam efekt doświadczenia uzależniony jest od warunków w jakich jest ono przeprowadzone. Jeśli rezultat jest słaby lub niedostatecznie wyraźny to dla wzmocnienia jego intensywności należy zastosować inne przyrządy pomiarowe, jak np.. wzmacniacze, transformatory, oscylografy elektronowe, powiększacze optyczne itp.. Eksperyment jest cenny pedagogicznie tylko wtedy, gdy osiągnięty wynik jest jasny i widoczny przez całe audytorium. Jest to niewątpliwie najważniejszy wymóg techniki prezentacji doświadczeń.

c.d Dla uzyskania wysokiej wyrazistości doświadczeń uwzględnić warto następujące zalecenia: 1. Na stanowisku pracy powinien znajdować się tylko jeden zestaw, który będzie wykorzystywany w danym momencie, wszystkie inne, nawet te potrzebne do danej lekcji nie powinny się na nim mieścić. 2. Oddzielne części zestawu należy rozmieszczać na różnych wysokościach np.. Źródło prądu, igłę magnetyczną, przewody, tak by jedne części nie zasłaniały innych i aby uczniowie mogli oglądać cały zestaw, jak na Rys.1. Rys.1

c.d W tym celu pracownia fizyczna winna być wyposażona w różnego rodzaju, lecz jednego typu podstawki. 3. Aby oświetlenie zestawu pokazowego było wyraziste i intensywne można wzmocnić je specjalnym podświetleniem. Są one dwojakiego rodzaju: Skierowane – rampa z reflektorami Rys.2a. Rozproszeniowe – przeźroczyste ekrany z podświetleniem Rys.2b. Rys. 2 b. Rys. 2 a

c.d 4. Przy demonstracji zjawisk zachodzących w jednej płaszczyźnie, np..: przy prezentacji ruchu wahadłowego, należy zadbać o to, aby płaszczyzna , której zachodzi ruch była prostopadła w stosunku do linii widzenia uczniów i siedzących w środku klasy. 5. Przy demonstracji zjawisk fizycznych obserwowanych bezpośrednio narządami zmysłu, jak np..: elektryczne i magnetyczne pole, niewidzialne promienie, zmiana chemicznych właściwości substancji, mieszaniny, należy używać różnych pomocy. Tak dla przykładu: dla pokazania pola elektrycznego naelektryzowanej kulki można posłużyć się drobnymi cząstkami kaszy, dla ukazania pola magnetycznego – opiłkami żelaza. 6. Dla polepszenia widzialności zestawu demonstracyjnego lub jego oddzielnych części, należy odpowiednio dobrać tło, na którym będzie prezentowany zestaw doświadczalny. W tym celu przygotowane są, jak na rys.3, tzw. Ruchome ekrany, które z jednej strony pokryte są czarną, a z drugiej białą powierzchnią Rys.3

c.d 7. Przy demonstracji zjawisk zachodzących w bezbarwnych środowiskach np.. W bezbarwnych cieczach, te ostatnie podlegają zabarwieniu. W charakterze indykatorów można zastosować lakmus, nadmanganian potasu i inne. 8. Jeżeli przyrząd, czy zastaw, w całości mają horyzontalne położenie, to dla polepszenia ich obserwacji przez uczniów należy wykorzystać duże zwierciadło płaskie, postawione pod kątem 450 w stosunku do powierzchni przyrządu Rys.4. Jeżeli przyrząd np.. Igła magnetyczna obraca się w płaszczyźnie horyzontalnej to na jej końce nawleka się kontrolne, różnokolorowe, lekkie chorągiewki. Rys. 4

c.d 9. Jeżeli podczas demonstracji doświadczeń zachodzą zmiany w położeniu ciał lub zmiany wysokości, zasięgów, długości, to we wszystkich tych przypadkach można posłużyć się różnymi wyróżnikami: różnokolorowymi pierścieniami, papierkami, strzałkami i inne, jak na rys.5. 10.Stosować różnego rodzaju projekcie w celu wzmocnienia efektu doświadczenia (projekcja cieniowa, grafoskop i inne). 1 100 Rys.5

Technika bezpieczeństwa podczas wykonywania doświadczeń Przy przeprowadzaniu wszystkich eksperymentów należy bezwzględnie przestrzegać zasad techniki bezpieczeństwa. Praca ze źródłami promieniowania Korzystając z silnych źródeł światła, w szczególności ze źródeł bogatych w promieniowanie ultrafioletowe, należy postępować ostrożnie i z umiarem .Aby chronić oczy, obowiązkowo trzeba okulary ze szkłami pochłaniającymi promieniowanie ultrafioletowe. Należy unikać napromieniowania odkrytych części ciała, ponieważ przy długotrwałym napromieniowaniu wystąpić mogą poparzenia. Praca z palnikami gazowymi i substancjami łatwopalnymi. 1. Przy pracy z otwartym płomieniem, gazowych i spirytusowych palników, należy unikać kontaktu ognia z substancjami łatwopalnymi, w celu niedopuszczenia do sytuacji pożarowej. Takie środki powinno się trzymać z dala od płomienia w odległości nie mniej niż 1 m. 2. Przy przelewaniu z naczyń w przyrządy benzyny, eteru, spirytusu i innych substancji palnych, należy robić to nad specjalną misą lub kuwetą w odległości nie bliższej niż 3 m od ognia. 3. Rozlaną ropę nie wolno gasić wodą w takich przypadkach należy używać gaśnicy. Można też narzucić na gorący płyn wełniany koc. Pracownia fizyczna powinna zostać wyposażona w kilka rodzajów gaśnic, wiadro z piaskiem.

c.d 4. Przy posługiwaniu się gazem i palnikami gazowymi należy pamiętać, że jest on trujący i wybuchowy. Konieczne jest obserwowania płomienia, by nie przenikał on do wewnątrz palnika.Jeśli płomień przesuwa się, należy natychmiast zakręcić kurek, poczekać aż palnik ostygnie i dopiero potem zapalić go ponownie, zmniejszając uprzednio dopływ powietrza. Po zakończeniu doświadczenia źródło gazu powinno zostać wyłączone. 5. W przypadku wykrycia w laboratorium zapachu gazu należy natychmiast otworzyć okno, przewietrzyć pomieszczenia, sprawdzić czy kurki w sieci gazowej są zakręcone, po czym zabronić zapalania ognia, włączania i włączania światła oraz innych elektrycznych przyrządów

Praca z kwasami i zasadami c.d Praca z kwasami i zasadami Kwasy i zasady wykazują niszczące działanie, zarówno na substancje organiczne, jak i niektóre nieorganiczne. Dlatego obchodzenie się z tymi środkami wymaga dużej ostrożności i dokładności 1. Przy sporządzaniu roztworów kwasu siarkowego, aby uniknąć silnego nagrzania, czy rozpryskiwania kwasu w wodzie, lub nawet wybuchu naczynia z roztworem, należy zawsze wlewać kwas do wody , a nie odwrotnie. 2. Przy roztworze skondensowanego kwasu siarkowego w wodzie należy posługiwać się tylko szklanym chemicznym naczyńkiem, a w przypadku zasad – ceramicznym lub stalowym. 3. Przy nalewaniu stężonych roztworów kwasów i zasad do do naczyńka, aby uniknąć rozpryskiwania, należy używać lejków celem osiągnięcia małego strumienia. 4. Całą pracę z roztworami kwasów i zasad należy przeprowadzać tylko w naczyniach umieszczonych na specjalnej, emaliowanej podstawie lub kuwecie fotograficznej, aby nie niszczyć stołu laboratoryjnego. 5. Nie wolno nisko nachylać się nad naczyniem, do którego nalewamy roztwór. W sytuacji, gdy do oka dostanie się roztwór należy go natychmiast przemyć dużą ilością wody, a następnie neutralizującym roztworem: dla kwasu –3% roztworem sody kaustycznej, dla zasady – 2% roztworem kwasu bornego. Po przemyciu oka należy zwrócić się do lekarza.

Praca z prądem elektrycznym c.d Praca z prądem elektrycznym Porażenie ludzi prądem może wystąpić zarówno przy wysokim, jak i niskim napięciu. Znane są śmiertelne przypadki porażenia prądem o niskim napięciu. Wyraźnie jest to niedopatrzeniem w technice bezpieczeństwa, a także błędnym sądem, że niebezpieczne dla życia jest jedynie wysokie napięcie. Nie należy posługiwać się niesprawnymi wtyczkami i nie izolowanymi przewodnikami przy włączaniu ich do sieci. Wszystkie możliwe przyrządy układów elektrycznych powinny posiadać element regulacji prądu. W układach, które znajdują się pod napięciem, nie wolno dokonywać żadnych przełączeń. Zebrane przyrządy elektryczne można włączyć do sieci albo innego źródła napięcia tylko po uprzednim sprawdzeniu przez nauczyciela. Wszystkie otwarte, przewodzące prąd części obwodu powinny być zaopatrzone w odpowiednie osłony.