§26. Значение и виды лабораторных работ
Глава седьмая
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
§26. Значение и виды лабораторных работ
1. Значение лабораторных работ. Под лабораторными работами понимают занятия, в которых учащиеся сами воспроизводят и наблюдают физические явления или производят измерения физических величин (рис. 8).
Рассмотрим, какое особое значение имеют лабораторные занятия в связи с общими задачами преподавания физики.
1) При демонстрациях преподавателя учащиеся хотя и наблюдают явление, но остаются именно наблюдателями, так как не принимают никакого участия в самом проведении опыта. В лабораторных работах требуется активное участие учащихся, так как по описанию или по словесным указаниям преподавателя сами учащиеся собирают нужную установку и при её помощи самостоятельно производят наблюдения физических явлений или делают измерения. Таким образом, лабораторные работы, по сравнению с демонстрациями, обладают прежде всего тем неоспоримым преимуществом, что обучают учащихся не только со стороны наблюдать, но и самим воспроизводить физические явления.
2) Учащиеся на лабораторных работах обучаются пользованию физическими приборами, как орудиями экспериментального познания (рис. 69). Кроме того, они вооружаются навыками чисто практического характера, которые окажутся им необходимыми не только для работ в научных лабораториях, но и в жизни, особенно при современном мощном техническом окружении. Таким образом, лабораторные работы являются одним из действенных средств политехнического образования (§10,4).
3) В некоторых случаях научная трактовка вопроса становится возможной только после самого близкого, непосредственного ознакомления учащихся с явлениями, что требует воспроизведения опытов именно самими учащимися. Особенно это оказывается важным, когда вопрос заключается во введении некоторых новых понятий. При формировании понятий решающее значение имеет проведение опытов и изучение на них явлений, приводящих к выяснению этих понятий. Наблюдение же явлений, показываемых с демонстрационного стола, никогда не сможет быть ни таким глубоким, ни таким эмоциональным, как при личном воспроизведении явлений учащимися на лабораторных работах. Так, например, усвоёние таких трудных понятий, каковы количество теплоты, сила и напряжение электротока и др., и овладение способами их измерения могут быть успешно достигнуты только в результате проведения лабораторных работ.
4) Ни один, из приёмов обучения не может так приблизить мышление учащихся к "психологии" самостоятельного исследователя-экспериментатора, как это позволяют сделать лабораторные работы. В таких работах перед учащимися ставятся какие-либо из посильных для них проблем; требующих экспериментального разрешения (рис. 9, II, 10 и 70).
При исследовании характер самостоятельного мышления учащихся и логика умозаключений, благодаря эксперименту, принимают совершенно иной вид по сравнению с обычным решением различных вопросов, требующих только одного рассуждения и не нуждающихся в постановке опытов. Исследовательский эксперимент принимает также совершенно иной характер по сравнению с наблюдательным, в котором учащиеся повторяют уже виденное и заранее знают результат. Наконец, учащимся внушается то, что может быть названо «верой в свои силы, так как исследование приоткрывает им возможность использовать своё знание для познания нового для них — неизвестного.
5) Лабораторные работы имеют большое воспитательное значение, так как дисциплинируют учащихся, приучают их к самостоятельной работе и прививают навыки лабораторной культуры (см. т. II, §4).
Такова специфика лабораторных работ, придающая им огромное педагогическое значение.
Таким образом, лабораторные работы дополняют обычную форму обучения физике и позволяют решить задачу её преподавания целиком, а не только частично, как это происходит при применении одного лишь демонстрационного эксперимента.
Действительно, лабораторные работы, помимо вооружения навыками экспериментального характера, лучшего выяснения сущности физических явлений и понятий и решения некоторых задач воспитательного характера, позволяют, что особо важно, познакомить учащихся с элементами научно-исследовательских работ.
Необходимость применения лабораторных работ при преподавании физики была установлена ещё в дореволюционное время. В нашей советской школе лабораторные занятия признаются безусловно обязательными и поэтому введены в официальную программу и учебник.
2. Виды лабораторных работ. Различают лабораторные работы качественного и количественного характера. В количественных работах учащиеся производят те или иные измерения физических величин; в качественных они наблюдают физическое явление без конкретной оценки его в количественном отношении. Такая классификация лабораторных работ оказывается полезной не столько с методической, сколько с технической стороны, именно в отношении резкого различия в применяемой аппаратуре. В количественных работах используются физические измерительные приборы; в качественных применяется демонстрационная аппаратура, но сильно упрощенная и уменьшенная в размерах по сравнению с обычной. Вопрос о приборах для лабораторных работ подробно рассмотрен в т. II, § 16, 61—71.
В методическом отношении большее значение имеет более общая классификация лабораторных работ по признаку их целевой установки. В зависимости от своего непосредственного назначения следует различать лабораторные работы наблюдательные и исследовательские.
В наблюдательных работах учащиеся воспроизводят опыты качественного характера или измерение физических величин по описанию или по указаниям преподавателя, объясняющим действие приборов и определяющим путь работы от начала до конца. При этом от учащихся не требуется решения вопросов каких-либо физических проблем или самостоятельных заключений. Наоборот, в "исследовательских" работах производится ознакомление учащихся с новым и неизвестными для них физическими явлениями или же учащиеся привлекаются к решению посильных для них вопросов той или иной физической проблемы. Как наблюдательные, так и исследовательские работы могут быть в свою очередь разделены на качественные и количественные.
1) Наблюдательные работы качественного характера имеют своей непосредственной целью:
а) создание более правильного, полного и глубокого представления о характерных сторонах явлений, так или иначе уже знакомых учащимся;
б) вооружение навыками по применению приборов;
в) подготовку к лабораторным работам более сложного характера, т. е. к наблюдательным количественным и исследовательским.
В таких работах производимые учащимися опыты являются или точным повторением показанного на демонстрациях, или отличаются небольшими изменениями. Измерений, хотя бы относительного характера, при таких наблюдениях не производится. Число наблюдательных работ может быть весьма значительным, так как многие опыты можно осуществить при самой простой аппаратуре. Упрощение же в приборах по сравнению с демонстрационными обусловливается тем, что нет надобности обеспечивать видимость на дальнее расстояние
К числу типичных наблюдательных работ, например, относятся:
I. Некоторые опыты с жидкостями и газами — наблюдение перпендикулярности нити отвеса к поверхности жидкости; давление жидкости на дно и стенки сосуда; плавание; сжатие и расширение газа; опыты с атмосферным давлением и др. (см. т. II, § 28—32).
II. Опыты по механике — силы и их действие; инерция; наблюдение качения шарика по гладкой и шероховатой поверхности; маятник (в связи с преобразованием энергии) и др. (см. т. И, § 33—34).
III. Опыты по теплоте — сравнение теплопроводимости твёрдых тел; расширение тел; наблюдение плавления и кипения и др. (см. т. II, § 36—40).
IV. Основные опыты по электростатике—электризация; обнаружение электрических сил; взаимодействие зарядов; электроскоп (см. т. II, § 42).
V. С6орка основных схем электрической цепи (см. т. II, § б7).
VI. Основные опыты по магнетизму — намагничивание; деление магнита на части; взаимодействие магнитных полюсов; компас; магнитные спектры и др. (см. т. II, §§ 47 и 69).
VII. Опыты по электромагнетизму — определение полюсов; опыты с электромагнитом; сборка электромоторчика; электромагнитная индукция и т. п. (см. т. ТI, §§ 48—50 и 69).
VIII. Некоторые опыты по оптике — получение теней и полутеней; отражение света; получение изображений посредством линз; наблюдение через призму и т. п. (см. т. II, §§ 52—56 и 70—7 1).
IХ. Некоторые опыты по звуку - получение звука от колеблющейся пластинки; высота тона и др. (см. т. II, § 57).
Указания по методике и технике этих опытов частично приведены в методических указаниях (§§52—111); а также в т. II, §§ 27—57 и 61—71).
2) Наблюдательные работы количественного характера. Ввиду отсутствия у учащихся соответствующих навыков и ввиду несовершенства применяемых измерительных приборов этот вид работ правильнее рассматривать как обучение способам измерений, а не как измерения физических величин. Действительно, относительная ошибка при измерениях по вине аппаратуры и экспериментаторов достигает иногда до 10 и более процентов; поэтому некоторые из работ по точности результата уступают даже сравнительно грубым техническим измерениям (см. т. II, § 58 и 59).
Непосредственное назначение данного вида измерительных работ заключается: а) в вооружении учащихся навыкам и применения измерительных приборов и б) в ознакомлении с различными способами измерения физических величин.
Наиболее важными работами измерительного характера являются:
I. Измерение длин масштабной линейкой (см. т. II, § 61, 5 и 6).
II. Измерение объёмов мензуркой (см. т. II, § 62, 4).
III. Градуировка динамометра и измерение сил (см. т. II, § 64, и 5).
IV. Измерения веса (массы) (см. т. II, § 63, 1—3).
V. Измерение удельного веса твёрдых и жидких тел (см. т. II, § 63, 4 и 5).
VI. Опредёление к. п. д. при подъёме груза по наклонной плоскости и при помощи блока ит. п. (см. т. II. § 64, 7).
VII. Наблюдение за изменением температуры воды, нагреваемой до кипения (см. т. II, § 65, 4).
VIII. Определение к. п. д. нагревателя (см. т. II, § 66, 4).
IХ. Измерение удельной теплоёмкости твёрдого тела (см. т. II, § 66, 5).
Х. Измерение теплоты плавления льда (см. т. II, § 66, 6).
ХI. Зависимость силы тока от напряжения и сопротивления и закон Ома (см. т. II, 68, 5).
ХII. Измерение мощности и сопротивления вольтметром и амперметром (см. т. II, § 68, 4).
ХIII. Сравнение количеств теплоты, выделенного током и ожидаемого по расчёту; закон Джоуля-Ленца (см. т. II, § 68, 7).
Кроме перечисленных, применяются работы, в которых важно определение не абсолютных значений измеряемых величин, а их сравнение между собой. Такие работы сравнительного характера заменяют как бы некоторое промежуточное положение между измерительными и наблюдательными. К числу их, например, относятся:
ХIV. Условие плавания тел (закон Архимеда).
ХV. Изучение силы трения (см. т. II, § 64,6).
ХVI. Наблюдение постоянства силы тока в неразветвлённой цепи (см. т. II, § 68, 4).
ХVII. Зависимость сопротивления от длины, поперечного сечения и материала проводника (см. т. II, § 68, 4 и 5).
ХVIII. Ход луча при отражении света (см. т. II, § 70,3).
ХIХ. Ход лучей при преломлении света (см. т. II, § 70, 4 и 5).
ХХ. Зависимость характера и вида изображения от положения предмета по отношению к главному фокусу линзы (см т. II, §71,3и4). 1
3) Лабораторные работы исследовательского характера. Непосредственной целью этого вида работ являются: а) установление посредством опытов достаточно простых фактов и зависимостей, неизвестных до работы учащимся; б) приближение их к роли исследователя; в) внушение учащимся уверенности в том, что — они в некоторых случаях могут использовать эксперимент и свои знания для исследования.
Количество исследовательских работ на протяжении курса физики может быть весьма значительным. Не следует, однако, гнаться за их числом; надо ограничиться ознакомлением учащихся с наиболее типичными случаями посильного для них исследования.
Примеры рационального применения исследовательских работ даны в методических указаниях (§§ 52—111).
