Развитие способности самоорганизации в обучении через самостоятельную постановку экспериментов на базе инновационного физического оборудования

Организация самостоятельной исследовательской деятельности обучающихся рассматривается, как мощная инновационная образовательная технология. Она помогает комплексно решать задачи воспитания, образования, развития в современном мире, передачей норм ценностей научного общества в образовательную среду [2, с.15]. Система организации исследовательской и проектной деятельности по физике в «Образовательном центре «Лидер» включает в себя лабораторные и практические работы, проблемные ситуации, возникающие при решении творческих задач, которые могут потребовать проведение эксперимента, занятия внеурочной деятельности «Архимедова лаборатория» и индивидуальных занятий с обучающимися с учётом их физиологических и психологических возможностей. Для успешной работы по осуществлению естественнонаучных экспериментов необходимо применение нового модернизированного оборудования, позволяющего совершенствовать технику и методику школьного эксперимента. В современной системе средств обучения, используемых в моей работе, особое место отводится новому цифровому оборудованию – цифровая лаборатория «Архимед», содержащей комплекс датчиков для определения физико-химических характеристик веществ и процессов, и программного обеспечения «Multilab», а также фронтальные комплексы нового поколения ФГОС-лаборатория, предоставленные фирмой «Научные развлечения». Состав оборудования позволяет учителю не только обеспечивать его использование в разных классах, с учетом возраста обучаемых, но и реализовать разную глубину погружения в материал при изучении физики на базовом, так и на углубленном уровнях. Уникальность наборов ФГОС-лаборатории и цифровой лаборатории «Архимед» заключается в том, что фронтальные работы можно преобразовать в исследование, цель которого самостоятельно определяет обучающийся. Таким образом, в соответствии с требованиями ФГОС, изменяется вся система фронтального эксперимента, начиная от роли, места, функции и заканчивая степенью самостоятельности ученика при выполнении исследования. Решение этой задачи в значительной степени было затруднено, т.к. большинство исследуемых явлений являются многофакторными, а существующее традиционное оборудование не позволяло учащимся наблюдать действие всех факторов. Например, без использования фронтальных комплектов нового поколения не было возможности исследовать зависимость массы тела от их объёма и вещества или дальности полёта тела, брошенного горизонтально, от скорости.

Возможности ФГОС-лаборатории и цифровой лаборатории «Архимед" позволяют вывести работу с обучающимися на качественно новый уровень, осуществить приоритет деятельностного подхода к процессу обучения, формировать у обучающихся познавательную, информационную, коммуникативную компетенции. Это развивает творческий, самостоятельный подход к решению различных задач, связанных с вопросами конструирования, моделирования и программирования. В процессе работы с комплектами оборудования нового поколения обучающиеся знакомятся с ключевыми идеями, относящимися к информационным технологиям, многое узнают о процессах исследования и решения задач, получают представление о возможности разложения задачи на более мелкие составляющие, о выдвижении гипотез и их проверке, а также о том, как обходиться с неожиданными результатами. Учебные занятия способствуют развитию конструкторских, инженерных и вычислительных навыков и проливают свет на многие вопросы, связанные с изучением естественных наук, информационных технологий и математики [3, с.3]. Следует отметить, что учитель, применяя на уроках новые наборы учебного оборудования, тем самым создаёт оптимальные условия для организации экспериментальной деятельности учащихся. Некоторые работы могут быть краткой фронтальной работой по наблюдению физического явления на 15 минут в рамках одного урока, например:

1. Оценка диаметра атомов методом рядов (7 класс);
2. Наблюдение зависимости давления воздуха от объёма и температуры (7 класс);
3. Нагревание жидкости и газа при совершении работы (8 класс);
4. Знакомство с амперметром и мультиметром, измерение силы тока в различных участках цепи (8 класс);
5. Закономерности отражения света (8 класс).
6. Исследование неравномерного движения. Средняя скорость (9 класс);
7. Определение ускорения тела при равноускоренном движении по наклонной плоскости (9 класс).

Реализация системно-деятельностного подхода ФГОС при изучении физики на экспериментальной основе определяется не только формированием конкретных практических умений, но и освоением технологии проведения самостоятельных исследований. Такие работы требуют отведения целого урока для реализации полного цикла измерений с учетом погрешностей измерений и сложной математической обработки данных:

1. Исследование остывания горячей воды (7 класс);
2. Измерение удельной теплоёмкости твердого тела (8 класс);
3. Исследование зависимости угла преломления от угла падения луча при преломлении света на плоской границе (8 класс);
4. Измерение ускорения свободного падения (9 класс).

Ряд работ может быть предложен как в варианте использования традиционного аналогового оборудования, так и в варианте использования датчиков, сопряженных с компьютером, для измерения физических величин, и использования компьютера для обработки эксперимента и для составления электронного отчёта. Так, наблюдение картины дифракционных максимумов от источников света на основе цветных светодиодов выполняется в одном варианте с помощью дифракционной решетки, собирающей линзы и белого экрана. В другом варианте картина формируется на светочувствительной матрице веб-камеры и обрабатывается с помощью цифровых инструментов. Первый вариант даёт яркую наглядную картину зависимости расстояния между дифракционными максимумами от длины волны света. Второй – позволяет оценить ширину полосы излучения красного, зелёного и синего светодиодов [1, с. 8].

Об эффективности использования современных информационных технологий и высокотехнологичных комплектов оборудования нового поколения свидетельствуют достижения обучающихся, в том числе результаты ГИА и проектно-исследовательской деятельности. В структуре КИМ для проведения основного государственного экзамена по физике содержится задание в виде лабораторной работы, успешное выполнение которого оценивается в 4 балла. По результатам ГИА средний балл выпускников увеличился с 3,45 в 2017г. до 4,0 в 2019 г. Кроме того, в 2018, 2019 гг. призовыми местами отмечены исследовательские работы в секциях «Астрономия» и «Агропромышленные и биотехнологии» (областной конкурс «Взлет» исследовательских проектов обучающихся образовательных организаций в Самарской области); в секциях «Физика» и «Биология и биологическое краеведение» (всероссийский научно-исследовательский конкурс по естествознанию «Мир, в котором я живу»).