Роль эксперимента в научном поиске. Теоретические предпосылки эксперимента. Опытная работа по измерению относительной влажности в помещении

Наблюдение, эксперимент и измерение относятся к методам эмпирического исследования.

Наблюдение – один из важнейших методов эмпир познания. Наблюдение - это преднамеренное, направленное восприятие, имеющее целью выявление существенных св-в и отношений объекта познания. Важнейшей особенностью наблюдения явл-ся его целенаправленный хар-р. Эта целенаправленность обусловлена наличием предварительных идей, гипотез, к-рые ставят задачи наблюдению. Научное наблюдение в отличие от обычного созерцания всегда оплодотворено той или иной научной идеей, опосредуется уже имеющимся знанием, к-рое показывает, что наблюдать и как наблюдать.

Наблюдение как метод эмпирического исследования всегда связано с описанием, к-рое закрепляет и передает результаты наблюдения с помощью определенных знаковых средств. С помощью описания чувственная информация переводится на язык понятий, знаков, схем, рисунков, графиков и цифр для дальнейшей рациональной обработки.

Часто исследование требует эксперимента. В отличие от обычного наблюдения в ходе эксперимента исследователь активно вмешивается в протекание изучаемого процесса с целью получить о нем определенные знания. С помощью эксперимента объект или воспроизводится искусственно, или ставится в заданные определенным образом и контролируемые условия, отвечающие целям исследования. В процессе научного познания применяется и мысленный эксперимент , когда ученый в уме оперирует опред-ми образами, мысленно ставит объект в опред-ные условия. Виды эксперимента : исследовательский или поисковый, про­верочный или контрольный, воспроизводящий, изолирующий, качественный или количественный, подтверждающий, опровергающий или решающий.

Познавательная роль эксперимента велика не только в том отношении, что он дает ответы на ранее поставленные вопросы, но и в том, что в ходе его возникают новые проблемы, решение к-рых требует проведения новых опытов и создания новых экспер-х установок.

Т.о. экспер-ная деятельность обладает сложной структурой: теор. основы эксперимента - научные теории, гипотезы; матер. основа - приборы; непосредственное осуществление экспер.; эксперим наблюдение ; колич и кач анализ рез-тов эксперимента, их теор. обобщение. Эксперимент одновременно принадлежит и к познавательной, и к практической деятельности людей, использует теор-е знания, являясь частью эмпирики.

Эксперимент есть непосредственное материальное воздействие на реальный объект или окружающие его условия, осуществляемое с целью познания этого объекта.

В эксперименте выделяют следующие элементы: 1) цель эксперимента; 2) объект экспериментирования; 3) условия, в которых находится или в которые помещается объект; 4) средства эксперимента; 5) материальное воздействие на объект или условия его существования. Каждый из этих элементов может быть положен в основу классификации экспериментов. Например, эксперименты можно разделять на физические, химические, биологические и т.п. в зависимости от различия объектов экспериментирования. Одна из наиболее простых классификаций основывается на различиях в целях эксперимента.

Целью эксперимента может быть установление каких-либо закономерностей или обнаружение фактов. Эксперименты, производимые с такой целью, называются поисковыми . Результатом поискового эксперимента является новая информация об изучаемой области. Однако чаще эксперимент проводится с целью проверки некоторой гипотезы или теории. Такой эксперимент называется проверочным . Ясно, что нельзя провести резкую границу между этими двумя видами экспериментов. Один и тот же эксперимент может быть поставлен для проверки гипотезы и в то же время дать неожиданную информацию об изучаемых объектах. Точно так же и результат поискового эксперимента может заставить нас отказаться от принятой гипотезы или, напротив, даст эмпирическое обоснование нашим теоретическим рассуждениям. В современной науке один и тот же эксперимент все чаще обслуживает разные цели.

Следует подчеркнуть, что наблюдение, измерение и эксперимент, хотя и тесно связаны с теоретическими допущениями, являются разновидностями практической деятельности. Осуществляя рассмотренные эмпирические процедуры, мы выходим за рамки чисто логических рассуждений и обращаемся к материальному взаимодействию с реальными вещами. В конечном итоге только через посредство такого взаимодействия получают подтверждение или опровержение наши представления о действительности. В эмпирических познавательных процедурах наука вступает в непосредственный контакт с описываемой ею реальностью – именно в этом заключается громадное значение наблюдения, измерения и эксперимента для научного познания.

Роль наблюдения и эксперимента в научном познании

Наблюдение - это преднамеренное, направленное восприятие, имеющее целью выявление сущности, свойств и отношений объекта познания. Оно может быть непосредственным и опосредованным приборами. Наблюдение приобретает научное значение, когда оно в соответствии с исследовательской программой позволяет отобразить объекты с наибольшей точностью и может быть многократно повторено при варьировании условий. Но человек не может ограничиться ролью только наблюдателя: наблюдение только фиксирует то, что дает сама жизнь, а исследование требует эксперимента

Эксперимент - метод эмпирического познания, при помощи которого в контролируемых и управляемых условиях (зачастую специально конструируемых) получают знание относительно связей (чаще всего причинных) между явлениями и объектами или обнаруживают новые свойства объектов или явлений.

Эксперименты могут быть натурными и мысленными.

Натурный эксперимент проводится с объектами и в ситуациях самой изучаемой действительности и предполагает, как правило, вмешательство экспериментатора в естественный ход событий.

Мысленный эксперимент (Галилей) предполагает задание условной ситуации, проявляющей интересующие исследователя свойства, и оперирование идеализированными объектами (последние зачастую специально конструируются для этих целей).

В мысленном эксперименте ученый в уме оперирует определенными образами, мысленно ставит идеализированный объект в определенные условия.

Промежуточный статус носят модельные эксперименты , проводимые с искусственно созданными моделями (которым могут соответствовать, а могут и не соответствовать какие-либо реальные объекты и ситуации), но которые предполагают реальное изменение этих моделей

Структура эксперимента:

· теоретические основы эксперимента - научные теории , гипотезы;

· математическая основа - приборы ;

· непосредственное осуществление эксперимента ;

· экспериментальное наблюдение ;

· количественный и качественный анализ результатов эксперимента,

· их теоретическое обобщение .

Эксперименты бывают:

1. исследовательские - когда пытаются обнаружить у объекта не известные ранее свойства для продуцирования знания, не вытекающего из наличного

2. проверочные - когда необходимо проверить правильность гипотез или каких-либо теоретических построений

3. демонстрационные - когда в учебных целях "показывают" какое-либо явление.

Эксперимент позволяет:

1)изучать явление в "чистом" виде, когда искусственно устраняются побочные (фоновые) факторы;

2)исследовать свойства предмета в искусственно создаваемых экстремальных условиях или вызывать явления, в естественных режимах слабо или вообще не проявляющиеся;

3)планомерно изменять и варьировать различные условия для получения искомого результата;

4)многократно воспроизводить ход процесса в строго фиксируемых и повторяющихся условиях.

По логической структуре эксперименты делятся на: параллельные (когда процедура экспериментирования основана на сравнении двух групп объектов или явлений, одна из которых испытала воздействие экспериментального фактора - экспериментальная группа, а другая нет - контрольная группа); последовательные (в которых нет контрольной группы, а замеры делаются на одной и той же группе до и после введения экспериментального фактора).

Эксперимент проводится для решения определенных познавательных задач, продиктованных состоянием теории, но и сам порождает новые проблемы, требующие своего разрешения в последующих экспериментах, т.е. является и мощным генератором нового знания.

Он ведет свое начало от исследований Галилея и основанной после его смерти Флорентийской академии опыта. Теоретически Э. был обоснован впервые в работах Ф. Бэкона, последующая разработка идей которого связана с именем Милля. Монопольное положение Э. было поставлено под сомнение только в 20 в. прежде всего в социогуманитарном знании , а также в связи с феноменологическим, а затем и герменевтическим поворотом в философии и науке, с одной стороны, и тенденцией к предельной формализации (математизации) естествознания - с другой (появление и рост удельного веса математических модельных экспериментов).

Необходимым условием научного исследования является установление фактов.

Факт - это явление материального или духовного мира, ставшее удостоверенным достоянием нашего сознания, зафиксированность какого-либо предмета, явления, свойства или отношения. Самое характерное для научного факта - его достоверность. Факт должен быть осмыслен, обоснован. Из соответственного подбора фактов можно построить любую теорию.

Эмпирическое знание: данные наблюдения, эмпирические факты, эмпирические законы. Методы научно-эмпирического исследования.

В структуре научного знания выделяют прежде всего два уровня знания – эмпирический и теоретический. Им соответствуют два взаимосвязанных, но в то же время специфических вида познавательной деятельности: эмпирическое и теоретическое исследование. Эмпирическое знание имеет сложную структуру и можно выделить по меньшей мере два подуровня: наблюдений и эмпирических фактов.

Данные наблюдения содержат первичную информацию, которую мы получаем непосредственно в процессе наблюдения за объектом. Эта информация дана в особой форме – в форме непосредственных чувственных данных субъекта наблюдения, которые фиксируются в форме протоколов наблюдения. Протоколы наблюдения выражают информацию, получаемую наблюдателем, в языковой форме. В протоколах указывается кто осуществляет наблюдение, с помощью каких приборов, даются характеристики прибора.

Это не случайно, поскольку в данных наблюдений наряду с объективной информацией о явлениях содержится некоторый пласт субъективной информации, зависящий от условий наблюдения, приборов и т.д. Приборы могут давать ошибки, поэтому данные наблюдения еще не являются достоверным знанием, и на них на может опираться теория. Базисом теории являются эмпирические факты. В отличии от данных наблюдения – это всегда достоверная, объективная информация; это такое описание явлений и связей м/у ними, где сняты субъективные наслоения. Поэтому переход от наблюдений к фактам сложный процесс. Этот процесс предполагает следующие познавательные операции. (1) рациональную обработку данных наблюдения и поиск в них устойчивого, инвариантного содержания. Для формирования факта необходимо сравнить наблюдения выделить повторяющиеся, устранить случайные и с погрешностью. (2) для установления факта необходимо истолкование выявляемого в наблюдениях инвариантного содержания.

В процессе такого истолкования широко используются ранее полученные теоретические знания. В формировании факта участвуют знания, которые проверены независимо от теории, а факты дают стимул для образования новых теоретических знаний, которые в свою очередь, если они достоверны, могут снова участвовать в формировании новейших фактов, и т.п. Избр Библ асп МГУ.

При обработке результатов, описывающих массовые явления, часто используют статистический метод. Изучая таким образом расположение звезд в галактике, выявили, что многие из них – двойные, тройные и более «кратные». Теоретико-вероятностные соображения подсказали, что простой гравитационный захват может лишь частично описать эту картину. Значит, скорее всего, между кратными звездами – генетическое родство. Так, эмпирические данные, в которых обнаружилась определенная тенденция, дали богатую пищу для размышлений и создания более глубокой теории звездной эволюции.

Выражение выдающегося математика и физика Анри Пуанкаре.

Капица Петр Леонидович (1894-1984), российский физик и инженер, член Лондонского Королевского общества (1929), академик АН СССР (1939), Герой Социалистического Труда (1945, 1974). Труды по физике магнитных явлений, физике и технике низких температур, квантовой физике конденсированного состояния, электронике и физике плазмы. В 1922-1924 разработал импульсный метод создания сверхсильных магнитных полей. В 1937 открыл сверхтекучесть жидкого гелия. Нобелевская премия (1978). Государственная премия СССР (1941, 1943). Золотая медаль им. Ломоносова АН СССР (1959). Медали Фарадея (Англия, 1943), Франклина (США, 1944), Нильса Бора (Дания, 1965), Резерфорда (Англия, 1966), Камерлинг-Оннеса (Нидерланды, 1968).

Теоретически эксперимент был обоснован впервые в работах Ф. Бэкона, последующая разработка идей которого связана с именем Милля.

Монопольное положение эксперимента было поставлено под сомнение только в 20 в., прежде всего в социогуманитарном знании, а также в связи с феноменологическим, а затем и герменевтическим поворотом в философии и науке, с одной стороны, и тенденцией к предельной формализации (математизации) естествознания - с другой (появление и рост удельного веса математических модельных экспериментов).

Эксперимент предполагает создание искусственных систем (или "обискусствливание" естественных), позволяющих влиять на них путем перегруппировки их элементов, их элиминирования или замены другими. Отслеживая при этом изменения в системе (которые квалифицируются как следствия предпринятых действий), можно раскрыть определенные реальные взаимосвязи между элементами и тем самым выявить новые свойства и закономерности изучаемых явлений.

В естествознании изменение условий и контроль за ними осуществляются за счет использования приборов разного уровня сложности (от звонка в опытах Павлова по условным рефлексам вплоть до синхрофазотронов и т.п. устройств).

3. Роль эксперимента

Эксперимент проводится для решения определенных познавательных задач, продиктованных состоянием теории, но и сам порождает новые проблемы, требующие своего разрешения в последующих экспериментах, т.е. является и мощным генератором нового знания.

Эксперимент позволяет:

1) изучать явление в "чистом" виде, когда искусственно устраняются побочные (фоновые) факторы;

2) исследовать свойства предмета в искусственно создаваемых экстремальных условиях или вызывать явления, в естественных режимах слабо или вообще не проявляющиеся;

3) планомерно изменять и варьировать различные условия для получения искомого результата;

4) многократно воспроизводить ход процесса в строго фиксируемых и повторяющихся условиях.

К эксперименту обычно обращаются:

1) когда пытаются обнаружить у объекта не известные ранее свойства для продуцирования знания, не вытекающего из наличного (исследовательские эксперименты);

2) когда необходимо проверить правильность гипотез или каких-либо теоретических построений (проверочные эксперименты);

3) когда в учебных целях "показывают" какое-либо явление (демонстрационные эксперименты).

Особый тип экспериментов составляют социальные эксперименты (в частности эксперименты в социологии). По сути, каждое человеческое действие, предпринятое для достижения определенного результата, может быть рассмотрено как своего рода эксперимент.

4 Логическая структура эксперимента

По логической структуре эксперименты делятся на параллельные (когда процедура экспериментирования основана на сравнении двух групп объектов или явлений, одна из которых испытала воздействие экспериментального фактора - экспериментальная группа, а другая нет - контрольная группа) и последовательные (в которых нет контрольной группы, а замеры делаются на одной и той же группе до и после введения экспериментального фактора).

Эмпирическая форма научного познания включает также данные систематические и случайные наблюдения. Различие между данными наблюдения и эмпирическими фактами как особыми типами эмпирического знания было зафиксировано еще в позитивистской философии науки 30-х годов. В это время шла довольно напряженная дискуссия относительно того, что может служить эмпирическим базисом науки. Вначале предполагалось, что ими являются непосредственные результаты опыта - данные наблюдения. В языке науки они выражаются в форме особых высказываний - записей в протоколах наблюдения, которые были названы протокольными предложениями.

В протоколе наблюдения указывается, кто наблюдал, время наблюдения, описываются приборы, если они применялись в наблюдении, а протокольные предложения формулируются как высказывания типа: "NN наблюдал, что после включения тока стрелка на приборе показывает цифру 5", "NN наблюдал в телескоп на участке неба (с координатами x, y) яркое световое пятнышко" и т.п.

Если, например, проводился социологический опрос, то в роли протокола наблюдения выступает анкета с ответом опрашиваемого. Если же в процессе наблюдения осуществлялись измерения, то каждая фиксация результата измерения эквивалентна протокольному предложению.

Анализ смысла протокольных предложений показал, что они содержат не только информацию об изучаемых явлениях, но и, как правило, включают ошибки наблюдателя, наслоения внешних возмущающих воздействий, систематические и случайные ошибки приборов и т.п. Но тогда стало очевидным, что данные наблюдения, в силу того, что они отягощены субъективными наслоениями, не могут служить основанием для теоретических построений.

В результате была поставлена проблема выявления таких форм эмпирического знания, которые бы имели интерсубъективный статус, содержали бы объективную и достоверную информацию об изучаемых явлениях.

В ходе дискуссий было установлено, что такими знаниями выступают эмпирические факты. Именно они образуют эмпирический базис, на который опираются научные теории.

Факты фиксируются в языке науки в высказываниях типа: "сила тока в цепи зависит от сопротивления проводника"; "в созвездии Девы вспыхнула сверхновая звезда"; "более половины опрошенных в городе недовольны экологией городской среды" и т.п.

Уже сам характер фактофиксирующих высказываний подчеркивает их особый объективный статус, по сравнению с протокольными предложениями. Но тогда возникает новая проблема: как осуществляется переход от данных наблюдения к эмпирическим фактам и что гарантирует объективный статус научного факта?

Постановка этой проблемы была важным шагом на пути к выяснению структуры эмпирического познания. Эта проблема активно разрабатывалась в методологии науки XX столетия. В конкуренции различных подходов и концепций она выявила многие важные характеристики научной эмпирии, хотя и на сегодняшний день проблема далека от окончательного решения.

Определенный вклад в ее разработку был внесен и позитивизмом, хотя нелишне подчеркнуть, что его стремление ограничиться только изучением внутренних связей научного знания и абстрагироваться от взаимоотношения науки и практики резко суживали возможности адекватного описания исследовательских процедур и приемов формирования эмпирического базиса науки.

Деятельностная природа эмпирического исследования на уровне наблюдений наиболее отчетливо проявляется в ситуациях, когда наблюдение осуществляется в ходе реального эксперимента. По традиции эксперимент противопоставляется наблюдению вне эксперимента. Не отрицая специфики этих двух видов познавательной деятельности, мы хотели бы тем не менее обратить внимание на их общие родовые признаки.

Предметная структура экспериментальной практики может быть рассмотрена в двух аспектах: во-первых, как взаимодействие объектов, протекающее по естественным законам, и, во-вторых, как искусственное, человеком организованное действие. В первом аспекте мы можем рассматривать взаимодействие объектов как некоторую совокупность связей и отношений действительности, где ни одна из этих связей актуально не выделена в качестве исследуемой. В принципе, объектом познания может служить любая из них. Лишь учет второго аспекта позволяет выделить ту или иную связь по отношению к целям познания и тем самым зафиксировать ее в качестве предмета исследования. Но тогда явно или неявно совокупность взаимодействующих в опыте объектов как бы организуется в системе определенной цепочки отношений: целый ряд их реальных связей оказывается несущественным, и функционально выделяется лишь некоторая группа отношений, характеризующих изучаемый "срез" действительности.

Проиллюстрируем это на простом примере. Допустим, что в рамках классической механики изучается движение относительно поверхности земли массивного тела небольших размеров, подвешенного на длинной нерастягивающейся нити. Если рассматривать такое движение только как взаимодействие природных объектов, то оно предстает в виде суммарного итога проявления самых различных законов. Здесь как бы "накладываются" друг на друга такие связи природы, как законы колебания, свободного падения, трения, аэродинамики (обтекание газом движущегося тела), законы движения в неинерциальной системе отсчета (наличие сил Кориолиса вследствие вращения Земли) и т.д. Но как только описанное взаимодействие природных объектов начинает рассматриваться в качестве эксперимента по изучению, например, законов колебательного движения, то тем самым из природы вычленяется определенная группа свойств и отношений этих объектов.

Прежде всего, взаимодействующие объекты - Земля, движущееся массивное тело и нить подвеса - рассматриваются как носители только определенных свойств, которые функционально, самим способом "включения" их в "экспериментальное взаимодействие", выделяются из всех других свойств. Нить и подвешенное на ней тело предстают как единый предмет - маятник. Земля фиксируется в данной экспериментальной ситуации 1) как тело отсчета (для этого выделяется направление силы тяжести, которое задает линию равновесия маятника) и 2) как источник силы, приводящий в движение маятник. Последнее в свою очередь предполагает, что сила тяжести Земли должна рассматриваться лишь в определенном аспекте. А именно, поскольку, согласно цели эксперимента, движение маятника представляется как частный случай гармонического колебания, то тем самым учитывается лишь одна составляющая силы тяжести, которая возвращает маятник к положению равновесия. Другая же составляющая не принимается во внимание, поскольку она компенсируется силой натяжения нити.

Описанные свойства взаимодействующих объектов, выступая в акте экспериментальной деятельности на передний план, тем самым вводят строго определенную группу отношений, которая функционально вычленяется из всех других отношений и связей природного взаимодействия. По существу описанное движение подвешенного на нити массивного тела в поле тяжести Земли предстает как процесс периодического движения центра массы этого тела под действием квазиупругой силы, в качестве которой фигурирует одна из составляющих силы тяготения Земли. Эта "сетка отношений", выступающая на передний план в рассматриваемом взаимодействии природы, и есть та объектная структура практики, в рамках которой изучаются законы колебательного движения.

Допустим, однако, что то же самое движение в поле тяжести Земли тела, подвешенного на нити, выступает как эксперимент с маятником Фуко. В этом случае предметом изучения становится иная связь природы - законы движения в инерциальной системе. Но тогда требуется выделить совершенно иные свойства взаимодействующих фрагментов природы.

Фактически закрепленное на нити тело функционирует теперь только как движущаяся масса с фиксированным относительно Земли направлением движения. Строго говоря, при этом система "тело плюс нить в поле тяжести" уже не рассматривается как маятник (поскольку здесь оказывается несущественной с точки зрения изучаемой связи основная характеристика маятника - период его колебания). Далее, Земля, относительно которой рассматривается движение тела, теперь фиксируется по иным признакам. Из всего многообразия ее свойств в рамках данного эксперимента оказываются существенными направление оси вращения Земли и величина угловой скорости вращения, задание которых позволяет определить кориолисовы силы. Силы же тяготения в принципе уже не играют существенной роли для целей экспериментального исследования кориолисовых сил. В результате выделяется новая "сетка отношений", которая характеризует изучаемый в рамках данного эксперимента срез действительности. На передний план выступает теперь движение тела с заданной скоростью вдоль радиуса равномерно вращающегося диска, роль которого играет плоскость, перпендикулярная оси вращения Земли и проходящая через ту точку, где в момент наблюдения находится рассматриваемое тело. Это и есть структура эксперимента с маятником Фуко, позволяющего изучать законы движения в неинерциальной (равномерно вращающейся) системе отсчета.

Аналогичным образом в рамках анализируемого взаимодействия природы можно было бы выделить объектные структуры иного типа, если данное взаимодействие представить как разновидность экспериментальной практики по изучению, например, законов свободного падения или, допустим, законов аэродинамики (разумеется, отвлекаясь при этом от того, что в реальной экспериментальной деятельности такого рода опыты для данной цели не используются). Анализ таких абстрактных ситуаций хорошо иллюстрирует то обстоятельство, что реальное взаимодействие природы может быть представлено как своего рода "суперпозиция" различного типа "практических структур", число которых в принципе может быть неограниченным.

В системе научного эксперимента каждая из таких структур выделяется благодаря фиксации взаимодействующих объектов по строго определенным свойствам. Эта фиксация, конечно, не означает, что у объектов природы исчезают все другие свойства, кроме интересующих исследователя. В реальной практике необходимые свойства объектов выделяются самим характером оперирования с ними. Для этого объекты, приведенные во взаимодействие в ходе эксперимента, должны быть предварительно выверены практическим употреблением на предмет существования у них свойств, стабильно воспроизводящихся в условиях будущей экспериментальной ситуации. Так, нетрудно видеть, что эксперимент с колебанием маятника мог быть осуществлен лишь постольку, поскольку предшествующим развитием практики было строго выявлено, что, например, сила тяжести Земли в данном месте постоянна, что любое тело, имеющее точку подвеса, будет совершать колебания относительно положения равновесия и т.п. Важно подчеркнуть, что вычленение этих свойств стало возможным лишь благодаря соответствующему практическому функционированию рассматриваемых объектов. В частности, свойство Земли быть источником постоянной силы тяготения многократно использовалось в человеческой практике, например, при перемещении различных предметов, забивании свай с помощью падающего груза и т.п. Подобные операции позволили функционально выделить характеристическое свойство Земли "быть источником постоянной силы тяжести".

В этом смысле в экспериментах по изучению законов колебания маятника Земля выступает не просто как природное тело, а как своеобразный "искусственно изготовленный" объект человеческой практики, ибо для природного объекта "Земля" данное свойство не имеет никаких "особых привилегий" по сравнению с другими свойствами. Оно существует реально, но на передний план как особое, выделенное свойство выступает только в системе определенной человеческой практики. Экспериментальная деятельность представляет собой специфическую форму природного взаимодействия, и важнейшей чертой, определяющей эту специфику, является именно то, что взаимодействующие в эксперименте фрагменты природы всегда предстают как объекты с функционально выделенными свойствами.

В развитых формах эксперимента такого рода объекты изготовляются искусственно. К ним относятся в первую очередь приборные установки, с помощью которых проводится экспериментальное исследование. Например, в современной ядерной физике это могут быть установки, приготовляющие пучки частиц, стабилизированные по определенным параметрам (энергия, пульс, поляризация); мишени, бомбардируемые этими пучками; приборы, регистрирующие результаты взаимодействия пучка с мишенью. Для наших целей важно уяснить, что само изготовление, выверка и использование таких установок аналогичны операциям функционального выделения свойств у объектов природы, которыми оперирует исследователь в описанных выше экспериментах с маятником. В обоих случаях из всего набора свойств, которыми обладают материальные объекты, выделяются лишь некоторые свойства, и данные объекты функционируют в эксперименте только как их носители.

С таких позиций вполне правомерно рассматривать объекты природы, включенные в экспериментальную ситуацию, как "квазиприборные" устройства независимо от того, получены они искусственным путем или естественно возникли в природе независимо от деятельности человека. Так, в экспериментальной ситуации по изучению законов колебания Земля "функционирует" как особая приборная подсистема, которая как бы "приготовляет" постоянную силу тяготения (аналогично тому, как созданный человеком ускоритель при жестко фиксированном режиме работы будет генерировать импульсы заряженных частиц с заданными параметрами). Сам маятник играет здесь роль рабочего устройства, функционирование которого дает возможность зафиксировать характеристики колебания. В целом же система "Земля плюс маятник" может быть рассмотрена как своеобразная квазиэкспериментальная установка, "работа" которой позволяет исследовать законы простого колебательного движения.

В свете сказанного специфика эксперимента, отличающая его от взаимодействий в природе "самой по себе", может быть охарактеризована так, что в эксперименте взаимодействующие фрагменты природы всегда выступают в функции приборных подсистем. Деятельность по "наделению" объектов природы функциями приборов будем в дальнейшем называть созданием приборной ситуации. Причем саму приборную ситуацию будем понимать как функционирование квазиприборных устройств, в системе которых испытывается некоторый фрагмент природы. И поскольку характер взаимоотношений испытуемого фрагмента с квазиприборными устройствами функционально выделяет у него некоторую совокупность характеристических свойств, наличие которых в свою очередь определяет специфику взаимодействий в рабочей части квазиприборной установки, то испытуемый фрагмент включается как элемент в приборную ситуацию.

В рассматриваемых выше экспериментах с колебанием маятника мы имели дело с существенно различными приборными ситуациями в зависимости от того, являлось ли целью исследования изучение законов колебания или законов движения в равномерно вращающейся системе. В первом случае маятник включен в приборную ситуацию в качестве испытуемого фрагмента, во втором он выполняет совершенно иные функции. Здесь он выступает как бы в трех отношениях:

1) Само движение массивного тела (испытуемый фрагмент) включено в функционирование рабочей подсистемы в качестве ее существенного элемента (наряду с вращением Земли);

2) Периодичность же движения маятника, которая в предыдущем опыте играла роль изучаемого свойства, теперь используется только для того, чтобы обеспечить стабильные условия наблюдения. В этом смысле колеблющийся маятник функционирует уже как приготовляющая приборная подсистема;

3) Свойство маятника сохранять плоскость колебания позволяет использовать его и в качестве части регистрирующего устройства. Сама плоскость колебания здесь выступает в роли своеобразной стрелки, поворот которой относительно плоскости вращения Земли фиксирует наличие кориолисовой силы.

Такого рода функционирование взаимодействующих в опыте природных фрагментов в роли приборных подсистем или их элементов и выделяет актуально, как бы "выталкивает" на передний план, отдельные свойства этих фрагментов. Все это приводит к функциональному вычленению из множества потенциально возможных объектных структур практики именно той, которая репрезентирует изучаемую связь природы.

Такого рода связь выступает как объект исследования, который изучается и на эмпирическом, и на теоретическом уровнях познавательной деятельности. Выделение объекта исследования из совокупности всех возможных связей природы определяется целями познания и на разных уровнях последнего находит свое выражение в формулировке различных познавательных задач. На уровне экспериментального исследования такие задачи выступают как требование зафиксировать (измерить) наличие какого-либо характеристического свойства у испытуемого фрагмента природы. Однако важно сразу же уяснить, что объект исследования всегда представлен не отдельным элементом (вещью) внутри приборной ситуации, а всей ее структурой.

На примерах, разобранных выше, по существу было показано, что соответствующий объект исследования - будь то процесс гармонического колебания или движение в неинерциальной системе отсчета - может быть выявлен только через структуру отношений, участвующих в эксперименте природных фрагментов.

Аналогичным образом обстоит дело и в более сложных случаях, относящихся, например, к экспериментам в атомной физике. Так, в известных опытах по обнаружению комптон-эффекта предмет исследования - "корпускулярные свойства рентгеновского излучения, рассеянного на свободных электронах" - определялся через взаимодействие потока рентгеновского излучения и рассеивающей его графитной мишени при условии регистрации излучения особым прибором. И только структура отношений всех этих объектов (включая прибор для регистрации) репрезентирует исследуемый срез действительности. Такого рода фрагменты реальных экспериментальных ситуаций, использование которых задает объект исследования, будем называть в дальнейшем объектами оперирования. Данное различение позволит избежать двусмысленности при использовании термина "объект" в процессе описания познавательных операций науки. В этом различии фиксируется тот существенный факт, что объект исследования не совпадает ни с одним из отдельно взятых объектов оперирования любой экспериментальной ситуации. Подчеркнем также, что объекты оперирования по определению не тождественны "естественным" фрагментам природы, поскольку выступают в системе эксперимента как своеобразные "носители" некоторых функционально выделенных свойств. Как было показано выше, объекты оперирования обычно наделяются приборными функциями и в этом смысле, будучи реальными фрагментами природы, вместе с тем выступают и как продукты "искусственной" (практической) деятельности человека.

Эксперимент опирается на широкий спектр логических средств. Для их анализа определим критерий выбора наиболее характерных средств. В качестве такого критерия может быть взято положение о практической базе логических операций, непосредственно связанных с реальными предметами, процессами их видоизменения и чувственного отражения. К таким методам можно отнести операции анализа и синтеза, дедукции и индукции, обобщения и абстрагирования, аналогии и моделирования. Кроме того, следует учитывать, что эксперимент тесно связан с проблемой, имеющей свои теоретические и эмпирические основания, так и с гипотезой, для проверки которой он предпринимается.

Роль эксперимента в физическом образовании.

Автор: Сорокина Ирина Александровна, учитель физики МБОУ СОШ №7 городского округа город Мантурово Костромской области.
Данный материал будет интересен учителям физики, которые широко применяют в своей работе разные виды экспериментальных работ.
Одним из важных концептуальных положений современной методики является эксперимент – не только как средство обучения, но и объект изучения, способ освоения экспериментального метода познания природы. Работая над формированием основных законов, физических понятий я встала перед проблемой: как научить детей мыслить самостоятельно, а не просто запоминать услышанную информацию, как развить интерес учащихся к предмету. Объектом исследования является изучение роли эксперимента в учебно – воспитательном процессе. Предмет исследования – это ученик школы, его способности и возможности.
Цель исследования заключается в повышении эффективности учебно – воспитательного процесса посредством разработки и использования на уроках экспериментальных работ учащихся.
Гипотеза исследования состоит в предположении, что эффективность процесса изучения предмета повысится, если:
-отобран содержательный компонент экспериментальной работы учащихся;
-определены функции, формы организации, методические приёмы, средства экспериментально – исследовательской деятельности учащихся.
Для реализации поставленной цели и в соответствии с выдвинутой гипотезой были определены следующие задачи :
1.подобрать литературу по данному вопросу;
2.изучить методику поэтапной организации экспериментальной работы;
3.разработать типы уроков или их элементы с применением данной методики;
4.проанализировать эффективность работы методики.
Для достижения поставленной цели использовались следующие методы: в параллелях проводились уроки разного типа: в одном классе материал изучался традиционными методами, в другом проводились учениками эксперименты или на уроке присутствовали элементы исследований. Затем анализировались знания учащихся, полученные на данных уроках. Сравнивалась эффективность уроков, проводилась рефлексия среди учеников. Если учитель владеет методикой проведения уроков, на которых эксперимент играет главную роль и может применять её на практике при обучении детей, то из таких учеников, несомненно, формируется умелая и мыслящая личность. Физический эксперимент – это наблюдение и анализ исследуемых явлений в определённых условиях, позволяющих следить за ходом явления и воссоздать его всякий раз при фиксированных условиях.
Первый этап. Формирование первоначальных практических умений и навыков – демонстрационный эксперимент. Демонстрация иллюстрирует теоретические положения, излагаемые на уроке учителем, и подготавливает к самостоятельному проведению фронтальных лабораторных работ. Демонстрационный эксперимент не исчерпывает всех возможностей активного восприятия учащимися изучаемых явлений, поскольку ученики только наблюдают. Практические умения и навыки вырабатываются в ходе ученического эксперимента.
Второй этап. Фронтальные лабораторные работы – вид практических работ, выполняемых в процессе изучаемого материала, когда учащиеся класса одновременно выполняют однотипный эксперимент, используя одинаковое оборудование.
Фронтальные лабораторные работы делятся:
1.По времени (кратковременные, длительные)
2.По целям и содержанию (наблюдение физических явлений, ознакомление с приборами, выполнение косвенных измерений, установление зависимости между физическими величинами, сборка и изучение принципа действия установок, измерение физических величин, изучение законов, измерение физических постоянных)
3.По дидактической задаче (исследовательские, иллюстративные)
На фронтальных лабораторных работах преодолевается разрыв теории с практикой, прослеживается очевидная связь науки и техники, развиваются и углубляются первоначальные представления, формируются понятия, как основной элемент научных знаний, развивается интерес, способствующий самостоятельной деятельности. Но с другой стороны фронтальные лабораторные работы формируют только простейшие умения и навыки, а не обобщённые практические умения, так необходимые в современных исследованиях. Эти задачи можно решить при организации физического практикума.
Третий этап. Физический практикум – практическая работа, выполняемая учащимися в завершение изучения раздела курса или в конце года, проводится с большей долей самостоятельности, на более сложном оборудовании. При выполнении практикума происходит повторение, углубление, расширение, обобщение и систематизация знаний по различным темам, развитие и совершенствование экспериментальных умений и навыков.
Физический практикум делится:
1.Эксперимент с использованием компьютера.
2.Домашний эксперимент (используются самодельные приборы или предметы домашнего обихода).
3.Экспериментальные задачи (задачи, решение которых проверяется опытом, задачи, для которых исходные данные получают из опыта).
При решении экспериментальных задач исчезает формальный подход к обучению, развиваются внимание, творческое мышление, устраняются недостатки в знаниях, совершенствуются навыки в обращении с приборами.Домашний эксперимент приучает учащихся к расширению полученных на уроке знаний и добыванию новых, формируют экспериментальные умения через использование предметов домашнего обихода и самодельных приборов, развивают интерес.Возможности компьютера позволяют варьировать условиями эксперимента, самостоятельно конструировать модели установок и наблюдать за их работой, формировать умения производить расчёты в автоматическом режиме. Данный вид эксперимента способствует развитию пространственного воображения и творческого мышления.

Экспериментальная деятельность на уроках физики(из опыта работы).

Эксперименты и наблюдения поставляют человеку факты о природных явлениях, обеспечивая «живое созерцание», являющееся исходным пунктом процесса познания. Затем идёт анализ и осмысление этих фактов через мышление, что даёт возможность проникнуть в суть явления, процесса, установить связи, причины, следствия, объяснить закономерности, создать теорию явления. После этого гипотезы проверяют опытом. Приведу некоторые примеры использования различного вида эксперимента из опыта работы.
1.Демонстрация. Обычно на уроке демонстрации сопровождают объяснение материала. Учащиеся с интересом наблюдают за проведением того или иного опыта, но чаще всего являются пассивными слушателями. Для активной работы нужно создать такую ситуацию или так задать вопрос, чтобы ученики сразу включились в размышления. Их нужно поставить в роль первооткрывателей. Урок легче начать не с теории, а с проведения опытов. Причём опыты показать в такой последовательности, чтобы каждый ожидаемый вывод учащихся, в чём – то противоречил предыдущему. А затем предоставить возможность выбора из нескольких выводов одного – наиболее общего. Приведу пример такого урока в 11 классе по теме «Условия возникновения индукционный тока» (приложение 1).
2.Самостоятельное проведение учениками экспериментов. Замысел учителя на таких уроках не просто поставить перед учениками проблему, а сделать так, чтобы каждый школьник захотел её решить. Например, поставить учеников на один уровень с известными учёными. Таким приёмом я пользуюсь в 9 классе при изучении темы «сухое трение». После нескольких вступительных фраз, предлагаю ученикам разрешить спор учёных, который длился более 100 лет. Приведу эпизод данного урока. (приложение 2).
3.Фронтальные лабораторные работы. Как правило, таки работы проводим в конце темы по описанию, представленному в учебнике. Иногда эффективнее проводить работу в начале темы или в процессе её изучения, не опираясь на описание учебника. Можно работу усложнить, меняя параметры или одно тело, заменяя другим. Это позволяет убедиться в точности полученного результата. Таким образом, провожу лабораторную работу в 9 классе по теме «исследование зависимости силы упругости от деформации тела» на уроке «сила упругости. Закон Гука». Объяснив учащимся природу силы упругости, предлагаю самостоятельно исследовать зависимость силы от деформации. Для повышения эффективности используем разные образцы: пружины, резиновые нити, полоски из резины. Иногда работу провожу фронтально, иногда, в целях экономии времени по группам. Каждая группа исследует свой образец, затем сравниваем результаты и делаем выводы. Такие работы способствуют формированию у школьников экспериментальных умений и навыков, развивают интерес к предмету. Ученики сами ставят цель эксперимента, планируют этапы его проведения, формулируют выводы, самостоятельно усваивают материал. План – конспект работы приведён (приложение 3).
4.Домашний эксперимент. Вряд ли необходимо доказывать важность домашнего эксперимента, который увлекает детей, развивает самостоятельное техническое творчество. Домашний эксперимент можно проводить на простейших, имеющихся в каждом доме «приборах», или тех, которые ученик может сделать сам из подручного материала. Умение создавать полезные приборы и установки и использовать их является одним из индикаторов наличия у ученика инженерных способностей, которые необходимо поощрять и развивать. Многие учёные и педагоги убеждены, что серьёзное образование базируется только на основе самообразования. Недаром великий русский физик Н.А.Умов утверждал, что «всякое знание остаётся мёртвым, если в учащемся не развивается инициатива и самостоятельность». Рассмотрю одну из домашних экспериментальных работ, которую даю ученикам 8 класса по теме «параллельное соединение проводников» (приложение 4).
5.Решение экспериментальных задач. Особенность таких уроков – всё время отдано ученикам на самостоятельную работу с приборами. Эти занятия эффективны для повторения и закрепления усвоенного ранее материала. Урок строится с учётом индивидуальных возможностей учеников. Работа может быть организована фронтально, по группам или индивидуально. Прежде чем выполнить непосредственно работу, учащиеся должны составить структурно – логическую схему. В каждой схеме должны быть выделены две части: 1.нахождение выражения (формулы) для решения проблемы в общем виде;
2.сформулированы указания о том, каким образом определить каждую величину.
Этот приём придаёт работе разумную, всем понятную целенаправленность, обосновывает логикой последовательность выполняемых действий, связывает теорию и практику (приложение 5).
6.Физический практикум. Провожу в 9 – 11 классах в конце учебного года, с целью повторения и обобщения изученного материала. Класс делю на группы с учётом того, чтобы в группе были как сильные, так и слабые ученики. Этот приём позволяет включить в работу каждого ученика. Более сильные учащиеся в процессе выполнения работы дают консультацию тем, кто материал усвоил не полностью. Перед практикумом провожу консультацию, на которой обязательно даю перечень вопросов, без ответов на которые работу выполнить трудно. Сам практикум ученики должны выполнить самостоятельно (помощь учителя сводится к минимуму), проанализировать свою работу, подготовиться к её защите. На каждую работу выделяю по 2 урока. По каждому классу стараюсь подобрать такие работы, чтобы они охватывали весь материал данного курса. Приведу перечень работ в 9 – 11 классах (приложение 6).
7.Эксперимент с использованием компьютера. Данный вид эксперимента стал для меня возможен после приобретения лаборатории L – микро. В серию оборудования L – микро входят наборы для демонстрационных экспериментов «механика», «вращательное движение», «тепловые явления», «газовые законы», «оптика», «электричество», наборы для лабораторных работ «электричество», «механика», «оптика», «кристаллизация». В руководстве по выполнению эксперимента подробно изложен порядок его проведения. Приведу пример изучения изотермического процесса (приложение 7).

Заключение.

Итак, эксперимент, как педагогический метод, обладает широкими дидактическими возможностями. Интерес к нему как методу обучения обусловлен, в частности, тем, что данный вид заданий представляет учащимся достаточно редкую возможность самостоятельно выявить первопричину физического явления на опыте в процессе его непосредственного рассмотрения. Базируясь на самом простейшем оборудовании и даже предметах обихода, эксперимент приближает физику к нам, превращая её в представлениях учащихся из абстрактной системы знаний в науку, изучающую «мир вокруг нас». Тем самым подчёркивается практическая востребованность физических знаний, их значимость в обычной жизни. В учебном процессе, где широко используется эксперимент, нет исходящего от педагога потока информации, нет скуки, лени, пассивности учеников. Учитель ведёт ученика по пути субъективного открытия. При такой организации учебно – воспитательного процесса меняться в ученике могут все психические функции: восприятие, внимание, память, мышление, а также отдельные качества личности – ответственность, самостоятельность и другие, т.е. развивается личность ребёнка в целом.
Для организации уроков с использованием любого вида эксперимента, учителям физики необходимо ориентироваться на уровень развития учеников, самим владеть методикой проведения эксперимента, уметь обучить школьников выполнять опыты.
При планировании уроков, учителям физики, могу порекомендовать использовать следующие подходы:
1) исследовательский подход, т.е. обучение через открытие. Этот вариант срабатывает при изучении материала.
2) заменять традиционные лабораторные работы на более интересные, добавив, например, дополнительное задание или изменить порядок работы. Желательно, чтобы алгоритм работы ученики составляли сами.
3) чаще использовать домашний эксперимент.
4) не в коем случае не отказываться от лабораторного практикума.
Чтобы ученикам легче было выполнить то или иное задание, можно познакомить их со следующим алгоритмом действий при постановке эксперимента:
1. Цель (что я хочу узнать?)
2. Замысел эксперимента
1) Какова идея опыта?
2) Что и каким образом будем изменять? Что на это должно реагировать?
3) Какие параметры остаются постоянными? Как добиться этого? Как следить за этим?
3. Оборудование (какие нужны приборы, материалы, какая должна быть установка для эксперимента: схема, рисунок)
4. Ход работы (план действий)
5. Результаты (что получено – цифры, факты…Их наглядные представления – таблица, схема, график)
6. Выводы (насколько точны результаты, расчёт погрешностей)
7. Обдумывание результатов и взгляд в будущее (как изменить опыт, чтобы результаты стали лучше? Можно ли продолжить исследование? Для чего? Как?)

Таким образом, изучив методику проведения эксперимента и его применения на уроках физики, я пришла к выводу, что эксперимент является самой важной частью любого урока. Все выше перечисленные формы эксперимента оправдывают себя. Так, например, изложенная методика решения экспериментальных задач с помощью логических схем даёт такие результаты: за один урок ученик решает обычно от 3 до 7 задач. Примерно от 40 до 60 % учащихся в классе получают хорошие и отличные оценки, а учитель только управляет учебно – воспитательной работой, её дифференциацией на основе учёта особенностей ребят.
Как правило, ученики далеко не все любят выполнять домашние задания. Если же домашний эксперимент можно выполнить с помощью подручных средств, то % выполнения такой работы достигает в среднем 95% . Кроме этого у ребят возникает множество вопросов после выполнения домашнего эксперимента, а это значит, что возрастает их интерес к предмету. Выполняя лабораторный практикум в конце учебного года, примерно 15% учеников повышают свои оценки. Практикум позволяет ещё раз повторить изученный материал, обратить внимание на вопросы вызывающие затруднения и разобраться в них. При использовании лаборатории L – микро ученик на лабораторной работе получает не набор приборов, а тематический комплект, который позволяет выбирать эксперимент по объявленной теме самостоятельно. Это даёт свободу творчества обучающемуся, учитель же, в свою очередь, получает возможность реализовать любые методы и приёмы, любой уровень дифференцированного подхода к учащимся. В результате всего этого материал усваивается лучше, повышается успеваемость, растёт качество.
Приложение №1. Тема урока: «Условия возникновения индукционного тока».
Цель урока: подвести учеников к выводу, что индукционный ток возникает при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур.
Замысел учителя: поставить учеников в положение первооткрывателей явления ЭМИ, т.е. выдвинуть проблему, которую они должны решить, и предоставить им возможность действовать.
Ход урока: 1.На доске вычерчиваю условными обозначениями источник тока, катушка, гальванометр и ставлю вопрос: что надо сделать, чтобы получить ток? Ответ учеников: соединить все элементы.
Уберём источник, будет ли ток? Ответ учеников: конечно нет. Опыт 1: незаметно перемещаю магнит относительно катушки, появился ток (рисунок в учебнике. Противоречие: источника нет, а ток есть. Эту проблему решаем следующим опытом. Опыт 2: относительно катушки движется электромагнит (рисунок в учебнике). По 1 и 2 опыту ученики делают примерно такой вывод – всё дело в относительном движении источника магнитного поля и катушки. Опыт 3:при размыкании и замыкании цепи электромагнита, когда электромагнит не движется, тоже возникает ток (рисунок в учебнике). Опыт 4: при передвижении ползунка реостата возникает ток (рисунок в учебнике). Как это объяснить. Вывод учеников - появление тока вызывается переменным магнитным полем. Проблемный вопрос – а в постоянном магнитном поле можно получить индукционный ток? Ответ учеников обычно звучит нельзя. Опыт 5: в постоянном магнитном поле поворачиваем катушку, возникает ток. Как это объяснить? Путём обсуждения подвожу учащихся к выводу: меняется число линий магнитной индукции, пересекающих контур, т.е. меняется магнитный поток.
Получено три вывода, обобщая всё увиденное и услышанное, ученики делают общий вывод: индукционный ток в контуре возникает при изменении магнитного потока, пронизывающего его.Таким путём поставленная цель урока выполнена.
Приложение №2. Спор, который длился более 100 лет.
Леонардо да Винчи, известный итальянский скульптор, художник, учёный, предложив свои услуги в 1482 году в качестве инженера миланскому герцогу, занялся изучением трения. Он проводил опыты, удивляя своих учеников тем, что таскал по полу то свитую верёвку, то во всю длину. Его интересовал вопрос, от каких факторов, из перечисленных ниже, зависит сила трения (от площади, рода материала,нагрузки, степени шероховатости). И получил следующие ответы: нет, нет, да, да. В 1699 году французский физик Амонтон направил в Парижскую Академию наук письмо, в котором дал свои ответы на вопросы, поставленные Леонардо: нет, нет, да, нет. В течение 18 века насчитывалось до 30 исследований на эту тему. Их авторы соглашались друг с другом лишь по 3 вопросу, в остальных их мнения расходились. В 1748 году член Российской Академии наук, знаменитый математик, механик и физик Леонард Эйлер по всем вопросам согласился с Леонардо да Винчи. Французский учёный и военный инженер Шарль Кулон, работая инженером на военных верфях порта Рошфор на западном побережье Франции, изучал ситуации. В которых сила трения играет очень важную роль. Результаты свои он изложил в мемуарах, работа была опубликована в 1781 году. На все выше поставленные вопросы Кулон дал ответ да.
Задание: хотя спор давно решён, вам предлагается стать арбитрами в этом споре, проделать соответствующие опыты на предложенном оборудовании, выразить своё мнение по всем вопросам и заполнить последнюю строку предложенной таблицы.
Оборудование: динамометр, бруски из разных материалов, линейки деревянная и пластмассовая.
Приложение №3 . Лабораторная работа по теме "исследование зависимости силы упругости от деформации тела"
Оборудование: исследуемые образцы (пружинка, резиновая нить, полоска из резины), штатив, набор грузов, линейка.
ход урока.
1. оргмомент: учитель приветствует учащихся, проверяет готовность к уроку;
Учащиеся приветствуют учителя, проверяют наличие оборудования.
2.актуализация знаний: учитель объясняет природу силы упругости, напоминает понятие деформации, формулирует тему урока; учащиеся записывают тему урока, необходимые формулировки.
3.целеполагание: учитель предлагает ученикам сформулировать цель работы, которая плавно вытекает из темы урока; Ученики формулируют цель: исследовать зависимость силы упругости от деформации тела.
4.подготовка к выполнению работы: учитель проводит с учениками фронтальную беседу по вопросам, предлагает составить на доске и в тетради план работы и таблицу результатов.
1.что нужно сделать, чтобы растянуть образец? 2.какие силы уравновешивают друг друга?
3.как рассчитать силу тяжести? 4.как измерить удлинение образца. Ученики отвечают на вопросы, самостоятельно составляют ход работы и таблицу результатов.
Порядок работы:
1.закрепить образец в лапке штатива, подвесить груз массой 100 г, измерить удлинение образца.
2.рассчитать силу тяжести. Она равна силе упругости. 3.опыт повторить с 2-я, с 3-я грузами.
4.заполнить таблицу результатов измерений. 5.построить график зависимости силы упругости от удлинения образца. 6.проанализировав график, сделать вывод. 7.выполнение работы: учитель наблюдает за работой учеников; ученики проводят эксперимент, заполняют таблицу, строят график, делают вывод.
6.анализ выполненного задания: учитель предлагает ученикам проанализировать работу. Формулирует закон Гука. Даёт дополнительное задание по определению коэффициента жёсткости исследуемого материала. Ученики анализируют полученный график, формулируют общий вывод. По одной произвольной точке на графике рассчитывают коэффициент жёсткости своего образца. Делают вывод о том, что коэффициент жёсткости зависит от рода материала.
7.подведение итогов урока: учитель анализирует работу учащихся на уроке, задаёт вопрос: что нового вы узнали? подчёркивает ещё раз основные моменты, задаёт домашнее задание; ученики систематизируют полученные знания, отвечая на вопрос учителя.
Приложение №4. Домашняя лабораторная работа по теме "Параллельное соединение проводников"
Цель работы: проверить законы параллельного соединения
1/R=1/R1+1/R2 I=I1+I2
Приборы: счётчик электроэнергии, 2 электрические лампочки (можно настольные лампы), часы.
Порядок работы:
1.выключить в квартире все электрические приборы, счётчик не должен работать.
2.записать начальное показание счётчика n1.
3.включить 1 электрическую лампочку минут на 20-30, затем, выключив её, снять новое показание счётчика n2. Подсчитать совершённую работу А1=n2 – n1.
4.используя формулу для работы тока А=IUt, подсчитайте ток I1, протекающий через 1 лампочку, используя закон Ома, рассчитайте её сопротивление R1=U/I1.
5.опыт повторите со второй лампочкой (лампочки должны быть разные), рассчитайте I2 и R2.
6.включите обе лампочки одновременно на то же самое время, рассчитайте общую силу тока I и общее сопротивление R обеих лампочек.
7.проверьте выполнение следующих законов:
1/R=1/R1+1/R2 I=I1+I2
8.начертите схему параллельного соединения двух электрических лампочек, сделайте вывод.
Внимание!!! При проведении эксперимента все единицы измерения величин должны быть в системе единиц СИ. Время проведения каждого опыта должно быть одинаковое.
Приложение №5. К уроку решение экспериментальных задач по теме "Тепловые явления" 10 класс.
Задание: определить тепловую мощность одной горящей спички.
Оборудование (для первого опыта): спички, весы с разновесом, часы, таблица «удельная теплота сгорания топлива». Ученики выстраивают логическую цепочку: 1. N=A/t; 2.А=U 3.;U=qm; 4. А=qm; 5. N=qm/t (масса измеряется на весах, время – часами, удельная теплота сгорания величина табличная).
Оборудование (для второго опыта): спички, часы, линейка, таблицы «плотность», «удельная теплота сгорания топлива».Логическая цепочка: 1.N=A/t; 2. А=U; 3. U=qm; 4. m=Vр; 5. V=lbh;
6. m=lbhр; 7. U=qlbhр; 8. N= qlbhр;/t (р - плотность)
Приложение №6. Примерные темы лабораторного практикума.
9 Класс.
1.измерение массы тела методом гидростатического взвешивания.
2.изучение закона сохранения импульса.
3.изучение закона сохранения энергии.
4.определение коэффициента полезного действия при подъёме тела по наклонной плоскости.
5.определение частоты и периода колебаний пружинного маятника.
6.изучение свойств магнитного поля и явления электромагнитной индукции.
7.изучение изменения скорости движения электрона в пузырьковой камере.
8.изучение треков заряженных частиц.
10 Класс.
1.определение размеров молекулы растительного масла.
2.проверка уравнения состояния газа.
3.измерение поверхностного натяжения воды методом отрыва капель и поднятия жидкости в капилляре.
4.определение температуры и удельной теплоты плавления – кристаллизации парафина.
5.определение удельной теплоёмкости твёрдого тела.
6.изучение параллельного и последовательного соединения конденсаторов.
7.определение заряда и ёмкости конденсаторов.
8.изучение зависимости сопротивления полупроводников от температуры.
11 Класс.
1.изучение свойств магнитного поля и условий получения индукционного тока.
2.изучение явления самоиндукции.
3.изучение колебаний пружинного маятника.
4.изучение резонанса в электрическом колебательном контуре.
5.определение индуктивности катушки.
6.определение ёмкости конденсатора.
7.определение фокусного расстояния рассеивающей линзы.
8.определение силы света электрической лампы.
Приложение №7. "изучение изотермического процесса".
1.подготовка эксперимента.
1)Закрепить в штативе элементы установки.
2)Установить поршень в среднее положение.
3)Присоединить датчик давления к сосуду с изменяемым объёмом.
4)Присоединить датчик давления к разъёму 1, датчик объёма к разъёму 2.
5)Перевести поршень в положение 30 мл.
2.проведение эксперимента.
1)Запустите программу.
2)Выберите раздел «Молекулярная физика».
3)Выберите пункт меню «Изотермический процесс».
4)Нажмите кнопку «настройка оборудования».
5)Нажмите кнопку «проведение эксперимента».
6)Нажмите кнопку «пуск».
7)Переведите поршень из минимального объёма в максимальный.
8)Для завершения регистрации данных нажмите кнопку «стоп»
9)Выберите точки графика, выделив их красным цветом, нажмите кнопку «обработка».
3.обработка данных.
1)на первом экране зависимость давления от объёма Р=f(V), для перехода на следующий экран кнопка «далее».
2)На этом экране те же данные перестраиваются в координатах (1/V, P)
3)Нажмите кнопку «прямая» для вывода на экран прямой линии, затем кнопку «далее».
4)В координатах (V, P) представлена зависимость P=f(V).
5)Нажмите кнопку «функция» для вывода на экране гиперболической зависимости и её уравнения.
6)Для выхода из режима нажмите кнопку «enter».
Подобные алгоритмы представлены в руководстве по каждому эксперименту.

Используемая литература:

1.Вахтомин Н.К. Практика – Мышление – Знание. К проблеме творческого мышления. – М.: Наука, 1978 – с 112.
2.Павлова М.С. Физический эксперимент – способ развития творческого мышления //Физика в школе, 2006, №1 – с 14 – 20.
3.Браверман Э.М. Самостоятельное проведение учениками экспериментов //Физика в школе, 2000, №3 – с 43 – 46.
4.Браверман Э.М. Урок физики в современной школе - М.: Просвещение,1993 – с 114.
5.Смирнов А.П. физический практикум Российского Невтона – М.: Кругозор, 1995 – 223 с.
6.Давиден А.А. Лабораторные работы в процессе обучения физике //Физика в школе, 2000, №5 – с 46.
7.Гуревич Ю.Л. Обучение приёмам мыслительной деятельности на уроках физики //Физика в школе, 1999, №4 – с 43.
8.Хоменко С.В. Газовые законы и свойства насыщенных паров. Руководство по выполнению эксперимента. – М.:МГИУ, 2007. – 30 с.
9.Дик Ю.И. Физический практикум для классов с углублённым изучением физики. – М.: Просвещение, 1993 – 206с.
10.Хорошавин С.А. Физический эксперимент в средней школе. – М.: Просвещение, 1988 – 170 с.
11.Шахмаев Н.М. Физический эксперимент в средней школе. – М.: Просвещение, 1991 – 225 с.

эмпирический энергия атом электрон

Как доказать состоятельность свой идеи? Как проверить формулу? Без чего не примут на вооружение теорию? Ответ очевиден. Без старого доброго эксперимента. Именно эксперимент заставляет нас поверить в утверждение.

Эксперимент разрушает устоявшиеся мифы и открывает глаза на новые грани науки. Эксперимент обладает захватывающим азартом, дает надежду на открытие неизведанного, придает дух первооткрывателя, стимулирует выброс эндорфинов в мозгу и создает мандраж в испытателе.

Пастер, испытавший вакцины на самом себе, Галилей, вступивший в конфликт с католической церковью, Архимед, погибший от рук римлян ни на секунду не колебались в своих исследованиях и экспериментах.

Некоторые эксперименты в мировой науке остались в ряде «безумных». Например, французский врач Николаус Миновици, чтобы исследовать асфикцию (удушение), вешался в буквальном смысле сам! Максимальное время в петле 26 секунд. Вот что описывал экспериментатор после эксперимента: «Как только ноги оторвались от опоры, веки мои судорожно сжались. Дыхательные пути были перекрыты настолько плотно, что я не мог сделать ни вдоха, ни выдоха. В ушах раздался какой-то свист, я уже не слышал голоса ассистента, натягивавшего шнур и отмечавшего по секундомеру время. В конце концов, боль и недостаток воздуха заставили меня остановить опыт. Когда эксперимент был закончен, и я спустился вниз, из глаз моих брызнули слезы».

Легендарный океанолог Жак Ив Кусто также вошел в этот список погружаясь в воду в самодельных экипировках, сделанных из мотоциклетной камеры и противогаза.

Мария Склодовская-Кюри проводила эксперименты с радиоактивными элементами, сама не зная насколько это опасно для жизни и умерла от их воздействия.

Продожать список можно еще долго и долго. Но не обязательно, чтобы эксперимент был опасным, большее число экспериментов безопасны для здоровья и жизни человека. Стать знаменитым можно и не совершая опасных опытов, либо соблюдая все меры безопасности.

Определений эксперимента и разделений на виды много. Попробую дать свою интерпретацию научного эксперимента.

Эксперимент - это метод познания, с участием человека, как наблюдателя или составляющей этого процесса, для получения получения информации в целях исследования. Эксперимент ставит последнюю точку. Он может подтвердить или опровергнуть теорию. Эксперимент также может породить новые идеи и теории. Такова роль эксперимента в науке. Эту роль нельзя переоценить. Вот почему строят супердорогие адронные коллайдеры с бюджетом миллиарды долларов и временем постройки несколько лет, строят огромные научно-исследовательские лаборатории, требующие колоссальных затрат.

Эксперимент и наблюдение. Есть ли существенное различие между этими двумя фазами исследования? Вслед за Клодом Бернаром мы скажем нет, уточняя, однако, при этом, что же их все-таки различает.

Уже в XIII веке Роджер Бэкон отличал пассивное, обычное наблюдение от активного, научного наблюдения. При всяком наблюдении, как и во всяком эксперименте, исследователь констатирует какой-то факт. Последний всегда является в какой-то степени ответом на вопрос. Мы находим лишь то, что ищем. Эта прописная истина, однако, многими забывается. В консультациях и лабораториях ломятся шкафы от протоколов наблюдений, ни на что не пригодных ни в настоящем, ни в будущем только потому, что они были собраны без ясно поставленных вопросов. Исходя из этого, понятно, что различие между наблюдением и экспериментом зависит от природы вопроса. В наблюдении вопрос остается, так сказать, открытым. Исследователь не знает ответа или имеет о нем весьма смутное представление. Напротив, в эксперименте вопрос становится гипотезой, то есть предполагает существование какой-то зависимости между фактами, и эксперимент ставит своей целью проверить ее.

Но существуют также так называемые «эксперименты для разведки», когда экспериментатор не имеет ответа па свой вопрос и ставит перед собой цель наблюдать действия испытуемого в ответ на ситуации, созданные экспериментатором. В этом случае отличия, которые можно установить между наблюдением и экспериментом, являются лишь различием в степени между двумя этими процедурами. В наблюдении ситуации определяются менее строго, чем в эксперименте, но, как мы вскоре увидим, с этой точки зрения, существуют разные переходные ступени между естественным наблюдением и спровоцированным наблюдением.

Третье отличие, также в степени, между наблюдением и экспериментом зависит не от контроля ситуаций, а от точности, с которой можно регистрировать действия испытуемого. Наблюдение часто вынуждено довольствоваться менее строгой процедурой. чем эксперимент, и наши методологические соображения о наблюдении будут посвящены главным образом тому, как обеспечить точность наблюдения, не прибегая к стандартизованным ситуациям эксперимента, где число предвиденных ответов ограничено.

Однако совершенно очевидно, что все, что мы говорим о наблюдении, применимо и к эксперименту, особенно если он характеризуется какой-то степенью сложности.