Rolul experimentului în cercetarea științifică. Contextul teoretic al experimentului. Experiență în măsurarea umidității relative într-o cameră

Observarea, experimentarea și măsurarea se numără printre metodele cercetării empirice.

Observareeste una dintre cele mai importante metode de cunoaștere empirică. Observația este o percepție deliberată, direcționată, menită să dezvăluie proprietățile și relațiile esențiale ale obiectului cunoașterii. Cea mai importantă caracteristică a observației este ea intenționat caracter Această intenție se datorează prezenței ideilor preliminare, ipotezelor, care stabilesc sarcini de observare. Observația științifică, spre deosebire de contemplația obișnuită, este întotdeauna fertilizată de una sau alta idee științifică, mediată de cunoștințele existente, care arată ce să observe și cum să observe.

Observația ca metodă de cercetare empirică este întotdeauna asociată cu Descriere, care fixează şi transmite rezultatele observaţiei cu ajutorul anumitor mijloace simbolice. Cu ajutorul descrierii, informațiile senzoriale sunt traduse în limbajul conceptelor, semnelor, diagramelor, desenelor, graficelor și numerelor pentru o prelucrare rațională ulterioară.

Cercetarea necesită adesea experiment. Spre deosebire de observația obișnuită în timpul experimentului, cercetătorul intervine activ în cursul procesului studiat pentru a obține anumite cunoștințe despre acesta. Cu ajutorul unui experiment, un obiect este fie reprodus artificial, fie plasat în condiții specificate și controlate care îndeplinesc obiectivele studiului. În procesul cunoaşterii ştiinţifice se foloseşte şi experiment de gândire când un om de știință în mintea lui operează asupra anumitor imagini, pune mental obiectul în anumite condiții. Tipuri de experiment: cercetare sau căutare, verificare sau control, reproducere, izolare, calitativă sau cantitativă, confirmare, infirmare sau decisivă.

Rolul cognitiv al experimentului este mare nu numai în sensul că oferă răspunsuri la întrebările puse anterior, ci și prin faptul că în cursul acestuia apar noi probleme, a căror rezolvare necesită noi experimente și crearea de noi experimente. instalatii.

Acea. activitatea de expert are o structură complexă: teor. bazele experimentului - teorii științifice, ipoteze; mater. baza - dispozitive; implementarea directă a experimentului; observatie experimentala; analiza cantitativă și calitativă a rezultatelor experimentului, teoreticul acestora. generalizare. Experimentul aparține simultan activităților cognitive și practice ale oamenilor, folosește cunoștințele teoretice, făcând parte din empirism.

Experiment este un impact material direct asupra unui obiect real sau a condițiilor care îl înconjoară, realizat cu scopul de a cunoaște acest obiect.

În experiment se disting următoarele elemente: 1) scopul experimentului; 2) obiectul experimentului; 3) condiţiile în care se află obiectul sau în care este amplasat; 4) mijloace de experimentare; 5) impactul material asupra obiectului sau a condițiilor de existență a acestuia. Fiecare dintre aceste elemente poate fi folosit ca bază pentru clasificarea experimentelor. De exemplu, experimentele pot fi împărțite în fizice, chimice, biologice și așa mai departe. în funcţie de diferenţa dintre obiectele de experimentare. Una dintre cele mai simple clasificări se bazează pe diferențe în scopuri experimentale.

Scopul experimentului poate fi acela de a stabili orice tipare sau de a descoperi fapte. Experimentele efectuate în acest scop se numesc căutare. Rezultatul experimentului de căutare este informații noi despre zona studiată. Mai des, totuși, se efectuează un experiment pentru a testa o anumită ipoteză sau teorie. Un astfel de experiment se numește verificare. Este clar că nu se poate trasa o graniță clară între aceste două tipuri de experimente. Unul și același experiment poate fi configurat pentru a testa o ipoteză și, în același timp, pentru a oferi informații neașteptate despre obiectele studiate. În același mod, rezultatul unui experiment de căutare ne poate obliga să abandonăm ipoteza acceptată sau, dimpotrivă, să dăm o justificare empirică raționamentului nostru teoretic. În știința modernă, același experiment servește din ce în ce mai mult unor scopuri diferite.

Trebuie subliniat faptul că observarea, măsurarea și experimentarea, deși strâns legate de ipotezele teoretice, sunt varietăți de activități practice. Prin implementarea procedurilor empirice considerate, trecem dincolo de raționamentul pur logic și ne întoarcem la interacțiunea materială cu lucrurile reale. În cele din urmă, numai printr-o astfel de interacțiune ideile noastre despre realitate sunt confirmate sau infirmate. În procedurile cognitive empirice, știința intră în contact direct cu realitatea pe care o descrie – tocmai aceasta este marea importanță a observației, măsurării și experimentului pentru cunoașterea științifică.

Rolul observației și experimentului în cunoașterea științifică

Observare- aceasta este o percepție deliberată, direcționată, care urmărește dezvăluirea esenței, proprietăților și relațiilor obiectului cunoașterii. Pot fi dispozitive directe și indirecte. Observația capătă semnificație științifică atunci când, în conformitate cu programul de cercetare, face posibilă afișarea obiectelor cu cea mai mare acuratețe și poate fi repetată de mai multe ori în condiții variate. Dar o persoană nu se poate limita doar la rolul unui observator: observația fixează doar ceea ce dă viața însăși, iar cercetarea necesită un experiment.

Experiment- o metodă de cunoaștere empirică, cu ajutorul căreia, în condiții controlate și controlate (deseori special concepute), se obține cunoștințe despre legăturile (cel mai adesea cauzale) dintre fenomene și obiecte sau se descoperă noi proprietăți ale obiectelor sau fenomenelor.

Experimentele pot fi naturala si mentala.

natural experimentul se desfășoară cu obiecte și în situații ale realității studiate în sine și, de regulă, presupune intervenția experimentatorului în cursul firesc al evenimentelor.

Mental experimentul (Galileo) implică stabilirea unei situații condiționate care prezintă proprietățile de interes pentru cercetător și operarea idealizat obiecte (acestea din urmă sunt adesea special concepute în acest scop).

Într-un experiment de gândire, un om de știință in mintea mea operează cu anumite imagini, pune mental un obiect idealizat în anumite condiții.

Stare intermediară experimente model realizate cu modele create artificial (care pot sau nu să corespundă unor obiecte și situații reale), dar care implică o schimbare reală a acestor modele

Structura experimentului:

Fundamentele teoretice ale experimentului - teorii științifice, ipoteze;

baza matematica - aparate;

direct implementarea experimentului;

experimental observare;

Cantitativ și calitativ analiză rezultatele experimentului,

· al lor generalizare teoretică.

Experimentele sunt:

1. cercetare- când încearcă să găsească proprietăți necunoscute anterior într-un obiect pentru a produce cunoștințe care nu decurg din cele disponibile

2. verificare- când este necesară verificarea corectitudinii ipotezelor sau a oricăror construcţii teoretice

3. demonstrație- când în scop educativ „arată” vreun fenomen.

Experimentul permite:

1) să studieze fenomenul într-o formă „pură”, atunci când factorii secundari (de fond) sunt eliminați artificial;

2) să investigheze proprietățile unui obiect în condiții extreme create artificial sau să provoace fenomene care sunt slab sau nu se manifestă în condiții naturale;

3) modificați și variați sistematic diverse condiții pentru a obține rezultatul dorit;

4) reproduce în mod repetat cursul procesului în condiții strict fixe și repetitive.

Conform structurii logice, experimentele sunt împărțite în: paralel(când procedura de experimentare se bazează pe o comparație a două grupuri de obiecte sau fenomene, dintre care unul a experimentat influența unui factor experimental - grupul experimental, iar celălalt nu este - grupul de control); consecutiv(în care nu există grup de control, iar măsurătorile se fac pe același grup înainte și după introducerea factorului experimental).

Experimentul este realizat pentru a rezolva anumite probleme cognitive dictate de starea teoriei, dar generează și noi probleme care necesită rezolvarea lor în experimentele ulterioare, i.e. este, de asemenea, un puternic generator de noi cunoștințe.

Ea provine din studiile lui Galileo și din Academia Florentină de Experiență fondată după moartea sa. Teoretic, E. a fost fundamentat pentru prima dată în lucrările lui F. Bacon, a cărui dezvoltare ulterioară a ideilor este asociată cu numele de Mill. Poziția de monopol a lui E. a fost pusă în discuție abia în secolul al XX-lea. în primul rând în cunoștințe socio-umanitare, și, de asemenea, în legătură cu cotitura fenomenologică și apoi hermeneutică în filosofie și știință, pe de o parte, și tendința către formalizarea finală (matematizarea) științelor naturale, pe de altă parte (apariția și creșterea proporției modelului matematic). experimente).

Stare necesara cercetare științifică este constatarea faptelor.

Fapt- acesta este un fenomen al lumii materiale sau spirituale, care a devenit o proprietate certificată a conștiinței noastre, fixarea unui obiect, fenomen, proprietate sau relație. Cea mai caracteristică a fapt științific- credibilitatea acestuia. Faptul trebuie înțeles, fundamentat. Orice teorie poate fi construită dintr-o selecție adecvată de fapte.

Cunoștințe empirice: date observaționale, fapte empirice, legi empirice. Metode de cercetare științifică și empirică.

În structura cunoștințelor științifice, există în primul rând două niveluri de cunoaștere - empiric și teoretic. Ele corespund a două tipuri de activitate cognitivă interdependente, dar în același timp specifice: cercetarea empirică și teoretică. Cunoștințele empirice au o structură complexă și se pot distinge cel puțin două subniveluri: observațiile și faptele empirice.

Datele de observare conțin informații primare pe care le obținem direct în procesul de observare a obiectului. Aceste informații sunt date într-o formă specială - sub formă de date senzoriale directe ale subiectului de observație, care sunt înregistrate sub formă de protocoale de observație. Protocoalele de observație exprimă informațiile primite de observator într-o formă lingvistică. Protocoalele indică cine efectuează observația, cu ajutorul căror dispozitive sunt date caracteristicile aparatului.

Acest lucru nu este întâmplător, deoarece datele observaționale, împreună cu informațiile obiective despre fenomene, conțin un anumit strat de informații subiective, care depinde de condițiile de observație, instrumente etc. Instrumentele pot da erori, astfel încât aceste observații nu sunt încă cunoștințe de încredere, iar teoria nu se poate baza pe ele. Baza teoriei sunt faptele empirice. Spre deosebire de datele observaționale, acestea sunt întotdeauna informații de încredere și obiective; este o astfel de descriere a fenomenelor și a conexiunilor dintre ele, unde straturile subiective sunt îndepărtate. Prin urmare, trecerea de la observații la fapte este un proces complex. Acest proces implică următoarele operații cognitive. (1) prelucrarea rațională a datelor observaționale și căutarea conținutului stabil, invariant în acestea. Pentru a forma un fapt, este necesară compararea observațiilor, identificarea celor repetitive, eliminarea celor aleatoare și a celor cu o eroare. (2) pentru stabilirea faptului este necesară interpretarea conținutului invariant relevat în observații.

În procesul unei astfel de interpretări, cunoștințele teoretice obținute anterior sunt utilizate pe scară largă. Cunoașterea care este verificată independent de teorie participă la formarea unui fapt, iar faptele oferă un stimulent pentru formarea de noi cunoștințe teoretice, care, la rândul lor, dacă sunt de încredere, pot participa din nou la formarea de noi fapte etc. Selectați Bible Asp Moscow State University.

Când se prelucrează rezultate care descriu fenomene de masă, se utilizează adesea statistic metodă. Studiind locația stelelor în galaxie în acest fel, s-a dezvăluit că multe dintre ele sunt duble, triple și mai „multiple”. Considerațiile probabilistice au sugerat că o simplă captură gravitațională ar putea descrie doar parțial această imagine. Deci, cel mai probabil, există o relație genetică între mai multe stele. Asa de, empiric datele care au arătat o anumită tendință au oferit hrană bogată pentru gândire și crearea unei mai profunde teorii evolutie stelar.

Expresia remarcabilului matematician și fizician Henri Poincaré.

Kapitsa Petr Leonidovici (1894-1984), fizician și inginer rus, membru al Societății Regale din Londra (1929), academician al Academiei de Științe a URSS (1939), erou al muncii socialiste (1945, 1974). Lucrări privind fizica fenomenelor magnetice, fizica și tehnologia temperaturilor scăzute, fizica cuantică a stării condensate, electronica și fizica plasmei. În 1922-1924 a dezvoltat o metodă de impulsuri pentru crearea câmpurilor magnetice superputernice. În 1937 a descoperit superfluiditatea heliului lichid. Premiul Nobel (1978). Premiul de Stat al URSS (1941, 1943). Medalie de aur pentru ei. Academia de Științe Lomonosov a URSS (1959). Medaliile lui Faraday (Anglia, 1943), Franklin (SUA, 1944), Niels Bohr (Danemarca, 1965), Rutherford (Anglia, 1966), Kamerling-Onnes (Olanda, 1968).

Teoretic, experimentul a fost fundamentat pentru prima dată în lucrările lui F. Bacon, a cărui dezvoltare ulterioară a ideilor este asociată cu numele de Mill.

Poziția de monopol a experimentului a fost pusă sub semnul întrebării abia în secolul al XX-lea, în primul rând în cunoașterea socio-umanitară, și, de asemenea, în legătură cu cotitura fenomenologică, iar apoi hermeneutică în filozofie și știință, pe de o parte, și tendința către formalizarea finală (matematizarea) a științelor naturii – pe de altă parte (apariția și creșterea proporției experimentelor cu model matematic).

Experimentul presupune crearea unor sisteme artificiale (sau „artificializarea” celor naturale) care să le permită să le influențeze prin rearanjarea elementelor lor, eliminarea lor sau înlocuirea lor cu altele. Urmărind modificările din sistem (care sunt calificate drept consecințe ale acțiunilor întreprinse), este posibil să se dezvăluie anumite relații reale între elemente și prin aceasta să dezvăluie noi proprietăți și modele ale fenomenelor studiate.

În știința naturii, schimbarea condițiilor și controlul acestora se realizează prin utilizarea dispozitivelor de diferite niveluri de complexitate (de la clopotul din experimentele lui Pavlov asupra reflexelor condiționate până la dispozitive sincrofazotroni etc.).

3. Rolul experimentului

Experimentul este realizat pentru a rezolva anumite probleme cognitive dictate de starea teoriei, dar generează și noi probleme care necesită rezolvarea lor în experimentele ulterioare, i.e. este, de asemenea, un puternic generator de noi cunoștințe.

Experimentul permite:

1) să studieze fenomenul într-o formă „pură”, atunci când factorii secundari (de fond) sunt eliminați artificial;

2) să investigheze proprietățile unui obiect în condiții extreme create artificial sau să provoace fenomene care sunt slab sau nu se manifestă în condiții naturale;

3) modificați și variați sistematic diverse condiții pentru a obține rezultatul dorit;

4) reproduce în mod repetat cursul procesului în condiții strict fixe și repetitive.

Un experiment este de obicei denumit:

1) când încearcă să descopere proprietăți necunoscute anterior într-un obiect pentru a produce cunoștințe care nu rezultă din cele disponibile (experimente de cercetare);

2) când este necesară verificarea corectitudinii ipotezelor sau a oricăror construcții teoretice (experimente de testare);

3) când în scop educativ „arată” vreun fenomen (experimente demonstrative).

Experimentele sociale (în special, experimentele în sociologie) constituie un tip special de experiment. De fapt, fiecare acțiune umană întreprinsă pentru a obține un anumit rezultat poate fi considerată un fel de experiment.

4 Structura logică a experimentului

Conform structurii logice, experimentele sunt împărțite în paralel (când procedura de experimentare se bazează pe o comparație a două grupuri de obiecte sau fenomene, dintre care unul a experimentat influența unui factor experimental - grupul experimental, iar celălalt nu este - grupul de control) şi secvenţial (în care nu există grup de control, iar măsurătorile se fac pe acelaşi grup înainte şi după introducerea factorului experimental).

Forma empirică a cunoașterii științifice include și aceste observații sistematice și aleatorii. Diferența dintre datele observaționale și faptele empirice ca tipuri speciale de cunoștințe empirice a fost fixată în filosofia pozitivistă a științei în anii 1930. În acest moment, a existat o discuție destul de tensionată despre ceea ce ar putea servi drept bază empirică a științei. Inițial, s-a presupus că acestea sunt rezultatele directe ale experimentului - date observaționale. În limbajul științei, ele sunt exprimate sub formă de declarații speciale - înregistrări în protocoale de observație, care au fost numite propoziții de protocol.

Protocolul de observație indică cine a observat, timpul de observație, descrie instrumentele dacă acestea au fost folosite în observație, iar propozițiile de protocol sunt formulate ca afirmații de genul: „NN a observat că după pornirea curentului, săgeata de pe dispozitiv arată numărul 5”, „NN a observat printr-un telescop la o parte a cerului (cu coordonatele x, y) un punct luminos de lumină”, etc.

Dacă, de exemplu, a fost efectuată o anchetă sociologică, atunci chestionarul cu răspunsul respondentului acționează ca un protocol de observație. Dacă măsurătorile au fost efectuate în timpul observației, atunci fiecare fixare a rezultatului măsurării este echivalentă cu o propoziție de protocol.

O analiză a sensului propozițiilor de protocol a arătat că acestea conțin nu numai informații despre fenomenele studiate, ci și, de regulă, includ erori ale observatorului, straturi de influențe externe perturbatoare, erori sistematice și aleatorii ale instrumentelor etc. Dar apoi a devenit evident că aceste observații, datorită faptului că sunt încărcate cu straturi subiective, nu pot servi drept bază pentru construcții teoretice.

Ca urmare, s-a pus problema identificării unor astfel de forme de cunoaștere empirică care să aibă un statut intersubiectiv, să conțină informații obiective și sigure despre fenomenele studiate.

În timpul discuțiilor, s-a constatat că astfel de cunoștințe sunt fapte empirice. Ele formează baza empirică pe care se bazează teoriile științifice.

Faptele sunt fixate în limbajul științei în afirmații de genul: „tăria curentului din circuit depinde de rezistența conductorului”; „o supernova a explodat în constelația Fecioarei”; „mai mult de jumătate dintre respondenții din oraș sunt nemulțumiți de ecologia mediului urban”, etc.

Însăși natura declarațiilor de stabilire a faptelor subliniază statutul lor obiectiv special, în comparație cu propozițiile de protocol. Dar atunci apare o nouă problemă: cum se realizează tranziția de la datele observaționale la faptele empirice și ce garantează statutul obiectiv al unui fapt științific?

Formularea acestei probleme a fost un pas important spre elucidarea structurii cunoștințelor empirice. Această problemă a fost dezvoltată în mod activ în metodologia științei secolului al XX-lea. În competiția dintre diverse abordări și concepte, ea a dezvăluit multe caracteristici importante ale empirismului științific, deși și astăzi problema este departe de a fi o soluție finală.

O anumită contribuție la dezvoltarea sa a avut-o și pozitivismul, deși merită subliniat că dorința sa de a se limita doar la studiul conexiunilor interne ale cunoașterii științifice și a abstracției din relația dintre știință și practică a restrâns drastic posibilitățile pentru o dezvoltare adecvată. descrierea procedeelor ​​și metodelor de cercetare pentru formarea bazei empirice a științei.

Natura de activitate a cercetării empirice la nivelul observațiilor se manifestă cel mai clar în situațiile în care observația se realizează în cursul unui experiment real. În mod tradițional, experimentul se opune observației în afara experimentului. Fără a nega specificul acestor două tipuri de activitate cognitivă, am dori totuși să atragem atenția asupra trăsăturilor lor generice comune.

Structura subiectului practicii experimentale poate fi considerată sub două aspecte: în primul rând, ca interacțiune a obiectelor care se desfășoară conform legilor naturale și, în al doilea rând, ca acțiune artificială organizată de o persoană. În primul aspect, putem considera interacțiunea obiectelor ca un anumit set de conexiuni și relații ale realității, unde niciuna dintre aceste conexiuni nu este de fapt identificată ca fiind studiată. În principiu, oricare dintre ele poate servi ca obiect de cunoaștere. Doar luarea în considerare a celui de-al doilea aspect face posibilă evidențierea uneia sau altei conexiuni în raport cu scopurile cunoașterii și, prin urmare, fixarea acesteia ca subiect de studiu. Dar atunci, în mod explicit sau implicit, totalitatea obiectelor care interacționează în experiență este, așa cum spunea, organizată într-un sistem al unui anumit lanț de relații: o serie întreagă a conexiunilor lor reale se dovedește a fi nesemnificativă și doar un anumit grup de relaţiile care caracterizează „secţiunea” studiată a realităţii este evidenţiată funcţional.

Să ilustrăm acest lucru cu un exemplu simplu. Să presupunem că, în cadrul mecanicii clasice, studiem mișcarea față de suprafața terestră a unui corp masiv de dimensiuni mici suspendat pe un fir lung care nu se întinde. Dacă considerăm o astfel de mișcare doar ca interacțiunea obiectelor naturale, atunci ea apare ca un rezultat sumar al manifestării diferitelor legi. Aici, parcă, conexiuni ale naturii precum legile oscilației, căderii libere, frecării, aerodinamicii (fluxul de gaz în jurul unui corp în mișcare), legile mișcării într-un cadru de referință non-inerțial (prezența forțelor Coriolis datorită rotația Pământului), etc. Dar, de îndată ce interacțiunea descrisă a obiectelor naturale începe să fie considerată un experiment în studiul, de exemplu, a legilor mișcării oscilatorii, atunci un anumit grup de proprietăți și relații ale acestor obiecte este separat din natură.

În primul rând, obiectele care interacționează - Pământul, un corp masiv în mișcare și un fir de suspensie - sunt considerate purtătoare doar a anumitor proprietăți care se disting funcțional de toate celelalte proprietăți prin însuși modul în care sunt „incluse” în „interacțiunea experimentală”. Firul și corpul suspendat pe el apar ca un singur obiect - un pendul. Pământul este fixat în această situație experimentală 1) ca corp de referință (pentru aceasta se selectează direcția gravitației, care stabilește linia de echilibru a pendulului) și 2) ca sursă de forță care pune pendulul în mișcare. Acesta din urmă, la rândul său, sugerează că gravitația Pământului ar trebui luată în considerare doar sub un anumit aspect. Și anume, întrucât, conform scopului experimentului, mișcarea pendulului este reprezentată ca un caz special de oscilație armonică, atunci se ia în considerare o singură componentă a forței gravitaționale, care readuce pendulul în poziția de echilibru. Cealaltă componentă nu este luată în considerare, deoarece este compensată de forța tensiunii firului.

Proprietățile descrise ale obiectelor care interacționează, care ies în prim-plan în actul activității experimentale, introduc astfel un grup de relații strict definit, care este izolat funcțional de toate celelalte relații și conexiuni ale interacțiunii naturale. În esență, mișcarea descrisă a unui corp masiv suspendat pe un fir în câmpul gravitațional al Pământului apare ca un proces de mișcare periodică a centrului de masă al acestui corp sub acțiunea unei forțe cvasi-elastice, care este una dintre componente. a forței gravitaționale a Pământului. Această „rețea de relații”, care iese în prim-plan în interacțiunea considerată a naturii, este structura obiect a practicii în cadrul căreia sunt studiate legile mișcării oscilatorii.

Să presupunem, totuși, că aceeași mișcare în câmpul gravitațional al Pământului a unui corp suspendat pe un fir acționează ca un experiment cu pendulul lui Foucault. În acest caz, o altă conexiune a naturii devine subiect de studiu - legile mișcării într-un sistem inerțial. Dar apoi este necesar să se evidențieze proprietăți complet diferite ale fragmentelor care interacționează ale naturii.

Corpul atașat efectiv de fir funcționează acum doar ca o masă în mișcare cu o direcție fixă ​​de mișcare în raport cu Pământul. Strict vorbind, în acest caz, sistemul „un corp plus un fir într-un câmp gravitațional” nu mai este considerat pendul (întrucât aici principala caracteristică a pendulului, perioada de oscilație a acestuia, se dovedește a fi nesemnificativă din punctul de vedere al legăturii în studiu). Mai mult, Pământul, în raport cu care se ia în considerare mișcarea corpului, este acum fixat conform altor semne. Dintre toată varietatea proprietăților sale, în cadrul acestui experiment, direcția axei de rotație a Pământului și mărimea vitezei unghiulare de rotație se dovedesc a fi semnificative, a căror setare permite determinarea forțelor Coriolis. Forțele gravitaționale, în principiu, nu mai joacă un rol semnificativ în scopul studiului experimental al forțelor Coriolis. Ca urmare, se evidențiază o nouă „rețea de relații”, care caracterizează secțiunea de realitate studiată în cadrul acestui experiment. Acum, mișcarea corpului cu o viteză dată de-a lungul razei unui disc care se rotește uniform, al cărui rol este jucat de un plan perpendicular pe axa de rotație a Pământului și care trece prin punctul în care corpul în cauză este situat la momentul observării, iese în prim-plan. Aceasta este structura experimentului pendulului Foucault, care face posibilă studierea legile mișcării într-un cadru de referință neinerțial (rotitor uniform).

În mod similar, în cadrul interacțiunii analizate a naturii, ar fi posibil să se evidențieze structuri obiect de alt tip, dacă această interacțiune este prezentată ca un fel de practică experimentală pentru studierea, de exemplu, a legilor căderii libere sau, de exemplu, legile aerodinamicii (desigur, făcând abstracție de la faptul că în activități experimentale reale astfel de experimente nu sunt folosite în acest scop). O analiză a unor astfel de situații abstracte ilustrează bine faptul că interacțiunea reală a naturii poate fi reprezentată ca un fel de „suprapunere” a diferitelor tipuri de „structuri practice”, numărul cărora, în principiu, poate fi nelimitat.

În sistemul unui experiment științific, fiecare dintre aceste structuri se distinge datorită fixării obiectelor care interacționează în funcție de proprietăți strict definite. Această fixare, desigur, nu înseamnă că toate celelalte proprietăți dispar din obiectele naturii, cu excepția celor de interes pentru cercetător. În practica reală, proprietățile necesare ale obiectelor se disting prin însăși natura de a opera cu ele. Pentru a face acest lucru, obiectele aduse în interacțiune în cursul experimentului trebuie verificate preliminar prin utilizare practică pentru existența proprietăților lor care sunt reproduse stabil în condițiile viitoarei situații experimentale. Astfel, nu este greu de observat că experimentul cu oscilația unui pendul ar putea fi efectuat doar în măsura în care dezvoltarea anterioară a practicii a relevat strict că, de exemplu, forța de gravitație a Pământului într-un loc dat este constantă. , că orice corp având un punct de suspensie va oscila în jurul poziției de echilibru etc. Este important de subliniat că izolarea acestor proprietăți a devenit posibilă numai datorită funcționării practice corespunzătoare a obiectelor luate în considerare. În special, proprietatea Pământului de a fi o sursă de forță gravitațională constantă a fost utilizată în mod repetat în practica umană, de exemplu, atunci când se deplasează diferite obiecte, se conduce grămezi folosind o greutate în cădere etc. Astfel de operațiuni au făcut posibilă izolarea funcțională a proprietății caracteristice a Pământului „de a fi o sursă de gravitație constantă”.

În acest sens, în experimentele de studiere a legilor oscilației pendulului, Pământul acționează nu doar ca un corp natural, ci ca un fel de obiect „făcut artificial” al practicii umane, deoarece pentru obiectul natural „Pământ” această proprietate nu are au orice „privilegii speciale” în comparație cu alte proprietăți. Ea există în realitate, dar iese în prim-plan ca o proprietate specială, distinsă, doar în sistemul unei anumite practici umane. Activitatea experimentală este o formă specifică de interacțiune naturală, iar cea mai importantă trăsătură care determină această specificitate este tocmai faptul că fragmentele de natură care interacționează în experiment apar întotdeauna ca obiecte cu proprietăți funcțional distincte.

În formele avansate de experiment, obiectele de acest fel sunt realizate artificial. Acestea includ, în primul rând, instalații instrumentale, cu ajutorul cărora se realizează un studiu experimental. De exemplu, în fizica nucleară modernă, acestea pot fi instalații care pregătesc fascicule de particule stabilizate în funcție de anumiți parametri (energie, puls, polarizare); ținte bombardate de aceste fascicule; dispozitive care înregistrează rezultatele interacțiunii fasciculului cu ținta. Pentru scopurile noastre, este important să înțelegem că însăși fabricarea, alinierea și utilizarea unor astfel de instalații sunt similare cu operațiunile de separare funcțională a proprietăților de obiectele naturii, pe care cercetătorul le operează în experimentele cu pendul descrise mai sus. În ambele cazuri, doar unele proprietăți sunt separate din întregul set de proprietăți deținute de obiectele materiale, iar aceste obiecte funcționează în experiment doar ca purtători.

Din astfel de poziții, este destul de legitim să considerăm obiectele naturii incluse în situația experimentală drept dispozitive „cvasi-instrumentale”, indiferent dacă au fost obținute artificial sau natural apărute în natură, indiferent de activitatea umană. Așadar, într-o situație experimentală pentru studierea legilor oscilației, Pământul „funcționează” ca un subsistem instrumental special, care, parcă, „pregătește” o forță gravitațională constantă (asemănătoare modului în care un accelerator creat de om, cu un mod de funcționare fix, va genera impulsuri de particule încărcate cu parametri dați). Pendulul în sine joacă aici rolul unui dispozitiv de lucru, a cărui funcționare face posibilă fixarea caracteristicilor oscilației. În ansamblu, sistemul „Pământ plus un pendul” poate fi considerat un fel de configurație cvasi-experimentală, a cărei „lucrare” face posibilă studierea legilor mișcării oscilatorii simple.

În lumina celor de mai sus, specificul experimentului, care îl deosebește de interacțiunile din natură „în sine”, poate fi caracterizat în așa fel încât în ​​experiment fragmentele care interacționează ale naturii acționează întotdeauna ca subsisteme instrumentale. Activitatea de „dotare” a obiectelor naturii cu funcții de instrumente va fi denumită crearea unei situații instrumentale. Mai mult, situația instrumentală în sine va fi înțeleasă ca funcționarea unor dispozitive cvasi-instrumentale, în sistemul cărora este testat un fragment de natură. Și întrucât natura relației fragmentului de testare cu dispozitivele cvasi-instrument distinge funcțional în el un anumit set de proprietăți caracteristice, a căror prezență determină, la rândul său, specificul interacțiunilor în partea de lucru a instalației cvasi-instrument, fragmentul de test este inclus ca element în situația instrumentului.

În experimentele de mai sus cu oscilații pendulului, ne-am ocupat de situații instrumentale substanțial diferite, în funcție de faptul dacă scopul studiului a fost studiul legile oscilației sau legile mișcării într-un sistem uniform rotativ. În primul caz, pendulul este inclus în situația dispozitivului ca fragment de testare; în al doilea caz, îndeplinește funcții complet diferite. Aici el apare în trei privințe:

1) Însăși mișcarea unui corp masiv (fragmentul de testare) este inclusă în funcționarea subsistemului de lucru ca element esențial al acestuia (împreună cu rotația Pământului);

2) Periodicitatea mișcării pendulului, care în experimentul anterior a jucat rolul proprietății studiate, este folosită acum doar pentru a asigura condiții stabile de observație. În acest sens, pendulul oscilant funcționează deja ca un subsistem instrumental pregătitor;

3) Proprietatea pendulului de a menține planul de oscilație face posibilă utilizarea acestuia ca parte a unui dispozitiv de înregistrare. Planul de oscilație în sine acționează aici ca un fel de săgeată, a cărei rotație față de planul de rotație al Pământului fixează prezența forței Coriolis.

Acest tip de funcționare a fragmentelor naturale care interacționează în experiență în rolul subsistemelor instrumentale sau a elementelor acestora evidențiază, parcă, „împinge” în prim-plan, proprietățile individuale ale acestor fragmente. Toate acestea conduc la o izolare funcțională de ansamblul structurilor obiectuale potențial posibile ale practicii, exact cea care reprezintă legătura studiată a naturii.

Acest tip de conexiune acționează ca obiect de studiu, care este studiat atât la nivel empiric, cât și la nivel teoretic al activității cognitive. Selecția obiectului de studiu din totalitatea tuturor conexiunilor posibile ale naturii este determinată de scopurile cunoașterii și la diferite niveluri ale acesteia din urmă își găsește expresia în formularea diferitelor sarcini cognitive. La nivelul cercetării experimentale, astfel de sarcini acționează ca o cerință pentru fixarea (măsurarea) prezenței unei proprietăți caracteristice în fragmentul de natură testat. Cu toate acestea, este important să înțelegem imediat că obiectul de studiu este întotdeauna reprezentat nu de un element (lucru) separat în cadrul situației instrumentale, ci de întreaga sa structură.

Folosind exemplele discutate mai sus, s-a arătat în esență că obiectul de studiu corespunzător - fie că este vorba de procesul de oscilație armonică sau de mișcare într-un cadru de referință neinerțial - poate fi dezvăluit numai prin structura relațiilor fragmentelor naturale care participă la experimentul.

Situația este similară în cazuri mai complexe, legate, de exemplu, de experimente de fizică atomică. Astfel, în cunoscutele experimente de detectare a efectului Compton, subiectul cercetării – „proprietățile corpusculare ale razelor X împrăștiate de electroni liberi” – a fost determinat prin interacțiunea unui flux de raze X și a unei ținte de grafit care îl împrăștie. , cu condiția ca radiația să fie detectată de un dispozitiv special. Și doar structura relațiilor tuturor acestor obiecte (inclusiv dispozitivul de înregistrare) reprezintă felia de realitate studiată. Astfel de fragmente de situații experimentale reale, a căror utilizare definește obiectul de studiu, vor fi numite obiecte de operare ulterioare. Această distincție va face posibilă evitarea ambiguității atunci când se utilizează termenul „obiect” în procesul de descriere a operațiilor cognitive ale științei. Această diferență fixează faptul esențial că obiectul de studiu nu coincide cu niciunul dintre obiectele de operare luate separat ale vreunei situații experimentale. De asemenea, subliniem că obiectele de operare, prin definiție, nu sunt identice cu fragmentele „naturale” ale naturii, întrucât acţionează în sistemul experimental ca un fel de „purtători” ai unor proprietăţi distinse din punct de vedere funcţional. După cum s-a arătat mai sus, obiectele de funcționare sunt de obicei înzestrate cu funcții instrumentale, iar în acest sens, fiind adevărate fragmente ale naturii, ele acționează în același timp și ca produse ale activității umane „artificiale” (practice).

Experimentul se bazează pe o gamă largă de mijloace logice. Pentru a le analiza, definim criteriul de alegere a mijloacelor cele mai caracteristice. Ca atare criteriu, se poate lua poziția pe baza practică a operațiilor logice direct legate de obiectele reale, procesele de modificare a acestora și de reflectare senzorială. Astfel de metode includ operațiile de analiză și sinteză, deducție și inducție, generalizare și abstractizare, analogie și modelare. În plus, trebuie avut în vedere faptul că experimentul este strâns legat de problemă, care are propriile sale fundamente teoretice și empirice, și de ipoteza pentru care este testat.

Rolul experimentului în educația fizică.

Autor: Sorokina Irina Alexandrovna, profesor de fizică, școala secundară MBOU nr. 7 din cartierul urban al orașului Manturovo, regiunea Kostroma.
Acest material va fi de interes pentru profesorii de fizică care folosesc pe scară largă în munca lor tipuri diferite munca experimentala.
Una dintre prevederile conceptuale importante ale metodologiei moderne este experimentul - nu numai ca mijloc de învățare, ci și obiect de studiu, o modalitate de a stăpâni metoda experimentală de cunoaștere a naturii. Lucrând la formarea legilor de bază, a conceptelor fizice, m-am confruntat cu problema: cum să-i învețe pe copii să gândească independent, și nu doar să memoreze informațiile pe care le-au auzit, cum să dezvolte interesul elevilor pentru subiect. Obiectul cercetării este de a studia rolul experimentului în procesul educațional. Subiectul de studiu este un elev al școlii, abilitățile și oportunitățile sale.
Ţintă cercetarea are ca scop creșterea eficacității procesului educațional prin dezvoltarea și utilizarea muncii experimentale a elevilor în clasă.
Ipoteză cercetarea constă în presupunerea că eficacitatea procesului de studiu a unui subiect va crește dacă:
- a fost selectată componenta de conţinut a lucrării experimentale a elevilor;
- funcţii definite, forme de organizare, tehnici metodologice, mijloace de cercetare experimentală a activităţilor studenţilor.
Pentru atingerea scopului stabilit și în conformitate cu ipoteza propusă, urmează sarcini:
1. selectați literatura despre această problemă;
2. studiază metodologia de organizare în etape a muncii experimentale;
3. să dezvolte tipuri de lecții sau elemente ale acestora folosind această tehnică;
4. analiza eficacitatea tehnicii.
Pentru a atinge acest obiectiv, urmează metode: lecţiile se ţineau în paralel tip diferit: într-o clasă s-a studiat materialul metode tradiționale, în alta, au fost efectuate experimente de către studenți sau au fost prezente elemente de cercetare la lecție. Apoi au fost analizate cunoștințele elevilor acumulate la aceste lecții. S-a comparat eficacitatea lecțiilor, s-a făcut reflecție în rândul elevilor. Dacă profesorul cunoaște metodologia de desfășurare a lecțiilor, în care experimentul joacă un rol major și îl poate aplica în practică în predarea copiilor, atunci din astfel de elevi se formează, fără îndoială, o personalitate pricepută și gânditoare. Un experiment fizic este observarea și analiza fenomenelor studiate în anumite condiții, ceea ce face posibilă urmărirea cursului fenomenului și recrearea acestuia de fiecare dată în condiții fixe.
Primul stagiu. Formarea deprinderilor și abilităților practice inițiale - un experiment demonstrativ. Demonstrația ilustrează principiile teoretice prezentate în lecție de către profesor și pregătește pentru lucrul frontal independent de laborator. Experimentul demonstrativ nu epuizează toate posibilitățile de percepție activă de către elevi a fenomenelor studiate, întrucât elevii doar observă. Abilitățile și abilitățile practice sunt dezvoltate pe parcursul unui experiment elev.
Faza a doua. Lucrarea frontală de laborator este un tip de muncă practică efectuată în procesul materialului studiat, când elevii din clasă realizează simultan același tip de experiment folosind același echipament.
Lucrările frontale de laborator sunt împărțite în:
1. După timp (pe termen scurt, pe termen lung)
2. După scopuri și conținut (observarea fenomenelor fizice, familiarizarea cu instrumentele, efectuarea măsurătorilor indirecte, stabilirea relației dintre mărimile fizice, asamblarea și studierea principiului de funcționare a instalațiilor, măsurarea mărimilor fizice, studierea legilor, măsurarea constantelor fizice)
3. După sarcina didactică (cercetare, ilustrativă)
La lucrările frontale de laborator se depășește decalajul dintre teorie și practică, se urmărește o legătură evidentă între știință și tehnologie, se dezvoltă și se aprofundează ideile inițiale, se formează concepte ca element principal al cunoașterii științifice, se dezvoltă interesul care promovează activitatea independentă. . Dar, pe de altă parte, munca frontală de laborator formează doar cele mai simple abilități și abilități, și nu abilități practice generalizate, care sunt atât de necesare în cercetarea modernă. Aceste probleme pot fi rezolvate prin organizarea unui atelier fizic.
A treia etapă. Atelier fizic - munca practică efectuată de studenți la sfârșitul secțiunii de curs sau la sfârșitul anului, se desfășoară cu un grad mai mare de independență, pe echipamente mai sofisticate. La desfășurarea atelierului are loc repetarea, aprofundarea, extinderea, generalizarea și sistematizarea cunoștințelor pe diverse teme, dezvoltarea și îmbunătățirea deprinderilor și abilităților experimentale.
Atelierul fizic este împărțit în:
1. Experimentați folosind un computer.
2. Experiment acasă (se folosesc aparate de casă sau articole de uz casnic).
3.Sarcini experimentale (sarcini a căror rezolvare este verificată prin experiență, sarcini pentru care datele inițiale sunt obținute din experiență).
La rezolvarea problemelor experimentale, o abordare formală a învățării dispare, atenția, gândirea creativă se dezvoltă, deficiențele în cunoștințe sunt eliminate, abilitățile în manipularea dispozitivelor sunt îmbunătățite.Un experiment acasă îi învață pe elevi să extindă cunoștințele acumulate în lecție și să dobândească altele noi, formează abilități experimentale prin utilizarea articolelor de uz casnic și a dispozitivelor de casă, dezvoltă interesul.Capacitățile computerului vă permit să variați condițiile experimentului, să proiectați în mod independent modele de instalații și să le observați munca, să formeze capacitatea de a face calcule în mod automat modul. Acest tip de experiment contribuie la dezvoltarea imaginației spațiale și a gândirii creative.

Activități experimentale la lecțiile de fizică (din experiență de muncă).

Experimentele și observațiile oferă omului fapte despre fenomenele naturale, oferind „contemplare vie”, care este punctul de plecare al procesului de cunoaștere. Urmează apoi analiza și înțelegerea acestor fapte prin gândire, ceea ce face posibilă pătrunderea în esența fenomenului, procesarea, stabilirea de conexiuni, cauze, efecte, explicarea tiparelor, crearea unei teorii a fenomenului. Ipotezele sunt apoi testate experimental. Voi da câteva exemple de utilizare alt fel experiment din experiența de muncă.
1.Demonstrație. De obicei, demonstrațiile în clasă sunt însoțite de o explicație a materialului. Elevii urmăresc cu interes desfășurarea acestui sau aceluia experiment, dar cel mai adesea sunt ascultători pasivi. Pentru munca activă, trebuie să creați o astfel de situație sau să puneți o întrebare în așa fel încât elevii să se alăture imediat reflecției. Ei trebuie puși în rolul de pionieri. Este mai ușor să începi o lecție nu cu teorie, ci cu experimente. Mai mult, experimentele ar trebui să fie prezentate într-o astfel de secvență încât fiecare concluzie așteptată a elevilor să o contrazică într-un fel pe cea anterioară. Și apoi oferă posibilitatea de a alege dintre mai multe concluzii ale uneia - cele mai comune. Voi da un exemplu de astfel de lecție în clasa a 11-a pe tema „Condiții pentru apariția unui curent de inducție” (Anexa 1).
2. Experimente auto-conduse de către elevi. Ideea profesorului la astfel de lecții nu este doar de a pune o problemă elevilor, ci de a face fiecare elev să dorească să o rezolve. De exemplu, puneți studenții la același nivel cu oamenii de știință celebri. Folosesc această tehnică în clasa a IX-a când studiez tema „frecare uscată”. După câteva fraze introductive, propun studenților să rezolve disputa dintre oameni de știință, care a durat mai bine de 100 de ani. Voi da un episod din această lecție. (Anexa 2).
3. Lucrări frontale de laborator. De regulă, desfășurăm aceeași muncă la sfârșitul subiectului conform descrierii prezentate în manual. Uneori este mai eficient să desfășori o muncă la începutul unui subiect sau în procesul de studiu, fără a te baza pe descrierea manualului. Puteți complica munca prin modificarea parametrilor sau a unui corp, înlocuindu-l cu altul. Acest lucru vă permite să verificați acuratețea rezultatului. Astfel, fac lucrări de laborator în clasa a IX-a la tema „studiul dependenței forței elastice de deformarea corpului” la lecția „elasticitate. legea lui Hooke. După ce le-am explicat studenților natura forței elastice, îmi propun să investighez independent dependența forței de deformare. Pentru a crește eficiența, folosim diferite mostre: arcuri, fire de cauciuc, benzi de cauciuc. Uneori lucrez frontal, alteori pentru a economisi timp în grup. Fiecare grup își examinează eșantionul, apoi compară rezultatele și trage concluzii. Astfel de lucrări contribuie la formarea abilităților și abilităților experimentale la școlari, dezvoltă interesul pentru subiect. Elevii înșiși stabilesc scopul experimentului, planifică etapele implementării acestuia, formulează concluzii, învață în mod independent materialul. Planul - este dat un rezumat al lucrării (Anexa 3).
4. Experiment acasă. Cu greu este necesar să se dovedească importanța unui experiment acasă care captivează copiii și dezvoltă creativitatea tehnică independentă. Un experiment acasă poate fi efectuat pe cele mai simple „instrumente” disponibile în fiecare casă sau pe cele pe care elevul le poate realiza singur din material improvizat. Capacitatea de a crea și utiliza dispozitive și instalații utile este unul dintre indicatorii abilităților inginerești ale elevului, care trebuie încurajate și dezvoltate. Mulți oameni de știință și educatori sunt convinși că o educație serioasă se bazează doar pe baza autoeducației. Nu e de mirare că marele fizician rus N.A. Umov a susținut că „toate cunoștințele rămân moarte dacă studentul nu dezvoltă inițiativă și independență”. Voi lua în considerare una dintre lucrările experimentale la domiciliu pe care le dau elevilor de clasa a VIII-a pe tema „legarea în paralel a conductorilor” (Anexa 4).
5. Rezolvarea problemelor experimentale. Particularitatea unor astfel de lecții este că tot timpul este acordat studenților pentru lucru independent cu dispozitive. Aceste clase sunt eficiente pentru repetarea și consolidarea materialului învățat anterior. Lecția este construită ținând cont de abilitățile individuale ale elevilor. Munca poate fi organizată frontal, în grup sau individual. Înainte de a efectua lucrarea în mod direct, elevii trebuie să întocmească o diagramă structural - logică. În fiecare schemă trebuie să se distingă două părți: 1. găsirea unei expresii (formule) pentru rezolvarea problemei în mod general;
2. Sunt formulate instrucțiuni privind modul de determinare a fiecărei valori.
Această tehnică conferă lucrării un scop rezonabil, de înțeles, fundamentează succesiunea acțiunilor efectuate prin logică, conectează teoria și practica (Anexa 5).
6.Atelier fizic. Petrec în 9 - 11 clase la final an scolar, pentru a repeta si generaliza materialul studiat. Împărțim clasa în grupe, ținând cont că în grupă sunt atât elevi puternici, cât și elevi slabi. Această tehnică vă permite să includeți fiecare elev în lucrare. Studenții mai puternici în procesul de realizare a lucrării oferă sfaturi celor care nu au stăpânit pe deplin materialul. Înainte de atelier, conduc o consultație, la care cu siguranță voi da o listă de întrebări, fără răspunsuri la care este dificil să finalizezi munca. Elevii trebuie să finalizeze singuri atelierul (ajutorul profesorului este redus la minimum), să-și analizeze munca și să se pregătească pentru apărarea acesteia. Am 2 lecții pentru fiecare job. Pentru fiecare clasă, încerc să ridic astfel de lucrări, astfel încât să acopere tot materialul acestui curs. Voi da o listă cu lucrările din clasele 9-11 (Anexa 6).
7. Experimentează folosind un computer. Acest tip de experiment a devenit posibil pentru mine după achiziția laboratorului L - micro. Seria de echipamente L-micro include seturi pentru experimente demonstrative „mecanica”, „mișcare de rotație”, „fenomene termice”, „legile gazelor”, „optică”, „electricitate”, seturi pentru lucrări de laborator „electricitate”, „mecanică” , „optică”, „cristalizare”. Instrucțiunile pentru efectuarea experimentului descriu în detaliu procedura de desfășurare a experimentului. Voi da un exemplu de studiu al unui proces izoterm (Anexa 7).

Concluzie.

Deci, experimentul, ca metodă pedagogică, are posibilități didactice largi. Interesul pentru ea ca metodă de predare se datorează, în special, faptului că această specie temele oferă studenților o oportunitate destul de rară de a identifica în mod independent cauza principală a unui fenomen fizic în experiență în procesul de examinare directă a acestuia. Bazat pe cele mai simple echipamente și chiar pe obiecte de uz casnic, experimentul aduce fizica mai aproape de noi, transformând-o în mintea elevilor dintr-un sistem abstract de cunoaștere într-o știință care studiază „lumea din jurul nostru”. Acest lucru subliniază relevanța practică a cunoștințelor fizice, importanța lor în viața de zi cu zi. În procesul de învățământ, în care experimentul este utilizat pe scară largă, nu există flux de informații provenind de la profesor, nu există plictiseală, lene, pasivitate a elevilor. Profesorul conduce elevul pe calea descoperirii subiective. Cu o astfel de organizare a procesului educațional, toate funcțiile mentale se pot schimba la elev: percepția, atenția, memoria, gândirea, precum și trăsăturile individuale de personalitate - responsabilitate, independență și altele, de exemplu. dezvoltarea personalității copilului în ansamblu.
Pentru a organiza lecțiile folosind orice tip de experiment, profesorii de fizică trebuie să se concentreze pe nivelul de dezvoltare al elevilor, să dețină metodologia experimentului și să fie capabili să-i învețe pe elevi să efectueze experimente.
Când planificați lecțiile, profesorii de fizică pot recomanda utilizarea următoarelor abordări:
1) abordarea cercetării, i.e. învăţarea prin descoperire. Această opțiune funcționează atunci când studiați materialul.
2) înlocuiți munca tradițională de laborator cu altele mai interesante, adăugând, de exemplu, sarcină suplimentară sau schimba ordinea de lucru. Este de dorit ca elevii să alcătuiască ei înșiși algoritmul de lucru.
3) folosiți mai des un experiment acasă.
4) în niciun caz nu refuzați atelierul de laborator.
Pentru a facilita studenților să finalizeze o anumită sarcină, le puteți prezenta următorul algoritm de acțiuni atunci când configurează un experiment:
1. Scop (ce vreau să știu?)
2. Proiectarea experimentului
1) Care este ideea de experiență?
2) Ce și cum ne vom schimba? Care ar trebui să fie răspunsul la asta?
3) Ce parametri rămân constanti? Cum să realizezi acest lucru? Cum să urmărești asta?
3. Echipament (ce dispozitive, materiale sunt necesare, care ar trebui să fie instalația pentru experiment: diagramă, desen)
4. Progresul lucrărilor (plan de acțiune)
5. Rezultate (ce s-a obţinut - cifre, fapte... Reprezentările lor vizuale - tabel, diagramă, grafic)
6. Concluzii (cât de precise sunt rezultatele, calculul erorilor)
7. Să ne gândim la rezultate și să privim în perspectivă (cum să schimbi experiența pentru ca rezultatele să devină mai bune? Se poate continua cercetarea? Pentru ce? Cum?)

Astfel, după ce am studiat metodologia de desfășurare a unui experiment și aplicarea lui în lecțiile de fizică, am ajuns la concluzia că experimentul este cea mai importantă parte a oricărei lecții. Toate formele de experiment de mai sus se justifică. Deci, de exemplu, metoda descrisă pentru rezolvarea problemelor experimentale cu ajutorul schemelor logice dă următoarele rezultate: într-o lecție, elevul rezolvă de obicei de la 3 la 7 probleme. Aproximativ 40 până la 60% dintre elevii clasei primesc note bune și excelente, iar profesorul gestionează doar munca educațională, diferențierea acesteia în funcție de caracteristicile copiilor.
De regulă, nu tuturor elevilor le place să-și facă temele. Dacă un experiment acasă poate fi efectuat folosind mijloace improvizate, atunci procentul de finalizare a unei astfel de lucrări atinge o medie de 95%. În plus, băieții au o mulțime de întrebări după ce au făcut un experiment acasă, ceea ce înseamnă că interesul lor față de subiect crește. Terminând o practică de laborator la sfârșitul anului școlar, aproximativ 15% dintre elevi își îmbunătățesc notele. Atelierul vă permite să repetați încă o dată materialul studiat, să acordați atenție problemelor care provoacă dificultăți și să le înțelegeți. Când folosește laboratorul L - un micro student în munca de laborator nu primește un set de dispozitive, ci un set tematic care îți permite să alegi singur un experiment pe tema declarată. Acest lucru oferă elevului libertate de creativitate, în timp ce profesorul, la rândul său, are posibilitatea de a implementa orice metode și tehnici, orice nivel de abordare diferențiată a elevilor. Ca urmare a tuturor acestora, materialul este asimilat mai bine, performanța academică crește, calitatea crește.
Cererea nr. 1. Subiectul lecției: „Condiții pentru apariția curentului de inducție”.
Scopul lecției: să aducă elevii la concluzia că un curent de inducție are loc la orice modificare a fluxului magnetic care pătrunde într-un circuit conductor închis.
Intenția profesorului este de a pune elevii în postura de descoperitori ai fenomenului EMP, adică. să prezinte problema pe care trebuie să o rezolve și să le ofere posibilitatea de a acționa.
Progresul lecției: 1. Pe tablă desenez o sursă de curent, o bobină, un galvanometru cu simboluri și pun întrebarea: ce trebuie făcut pentru a obține curentul? Elevii răspund: conectați toate elementele.
Să scoatem sursa, va fi curent? Răspunsul elevului: Desigur că nu. Experiența 1: Mișc imperceptibil magnetul față de bobină, a apărut un curent (poza din manual. Contradicție: nu există sursă, dar există curent. Rezolvăm această problemă cu următorul experiment. Experiența 2: un electromagnet se mișcă relativ la bobină (imaginea din manual).Conform experimentelor 1 și 2, elevii fac ceva de genul acestei concluzii - totul este despre mișcarea relativă a sursei câmpului magnetic și a bobinei.Experimentul 3: când circuitul electromagnetului este deschis și închis, când electromagnetul nu se mișcă, apare și un curent (figura din manual).Experimentul 4: când glisorul reostatului se mișcă, apare un curent (desen în manual). Cum să explic acest lucru? Prin discuție, Aduc elevii la concluzia: se modifică numărul de linii de inducție magnetică care traversează circuitul, adică ma pârâu murdar.
Au fost obținute trei concluzii, rezumând tot ce au văzut și auzit, elevii fac o concluzie generală: curentul de inducție în circuit apare atunci când se modifică fluxul magnetic care îl pătrunde.În acest fel, scopul lecției este îndeplinit.
Cererea numărul 2. O dispută care a durat peste 100 de ani.
Leonardo da Vinci, un celebru sculptor, artist, om de știință italian, care și-a oferit serviciile în 1482 ca inginer ducelui de Milano, a început să studieze frecarea. El a efectuat experimente, surprinzându-și elevii trăgând o frânghie răsucită pe podea, apoi pe toată lungimea. A fost interesat de întrebarea de ce factori, dintre cei enumerați mai jos, depinde forța de frecare (de suprafață, tip de material, sarcină, grad de rugozitate). Și am primit următoarele răspunsuri: nu, nu, da, da. În 1699, fizicianul francez Amonton a trimis o scrisoare Academiei de Științe din Paris, în care a dat răspunsurile la întrebările puse de Leonardo: nu, nu, da, nu. În secolul al XVIII-lea, au existat până la 30 de studii pe această temă. Autorii lor au fost de acord între ei doar în 3 aspecte, în rest părerile lor diferă. În 1748, membru al Academiei Ruse de Științe, celebrul matematician, mecanic și fizician Leonhard Euler a fost de acord cu Leonardo da Vinci în toate problemele. Omul de știință și inginer militar francez Charles Coulomb a studiat situații în timp ce lucra ca inginer în șantierele navale militare ale portului Rochefort de pe coasta de vest a Franței. În care forța de frecare joacă un rol foarte important. El și-a subliniat rezultatele în memoriile sale, lucrarea a fost publicată în 1781. Coulomb a răspuns da la toate întrebările de mai sus.
Sarcina: deși disputa a fost rezolvată de mult timp, sunteți invitat să deveniți arbitri în această dispută, să faceți experimentele corespunzătoare cu echipamentul propus, să vă exprimați opinia asupra tuturor problemelor și să completați ultima linie a tabelului propus.
Echipamente: dinamometru, bare din diferite materiale, rigle din lemn si plastic.
Aplicația №3. Lucrări de laborator pe tema „studiul dependenței forței elastice de deformarea corpului”
Echipament: probe de testare (arc, fir de cauciuc, bandă de cauciuc), trepied, set de greutăți, riglă.
în timpul orelor.
1. moment organizatoric: profesorul îi întâmpină pe elevi, verifică pregătirea pentru lecție;
Elevii salută profesorul, verifică disponibilitatea echipamentului.
2. actualizarea cunoștințelor: profesorul explică natura forței elastice, reamintește conceptul de deformare, formulează tema lecției; elevii notează tema lecției, formularea necesară.
3. stabilirea scopurilor: profesorul invită elevii să formuleze scopul lucrării, care decurge fără probleme din tema lecției; Elevii formulează scopul: să investigheze dependența forței elastice de deformarea corpului.
4.pregătirea pentru efectuarea lucrărilor: profesorul conduce o conversație frontală cu elevii pe probleme, sugerează întocmirea unui plan de lucru și a unui tabel cu rezultate pe tablă și în caiet.
1. Ce ar trebui să fac pentru a întinde proba? 2.ce forțe se echilibrează între ele?
3.cum se calculează gravitația? 4.cum se măsoară alungirea probei. Elevii răspund la întrebări, realizează în mod independent un curs de lucru și un tabel cu rezultate.
Procedura de operare:
1. fixați proba în piciorul trepiedului, atârnați o greutate de 100 g, măsurați alungirea probei.
2.calculați forța gravitației. Este egală cu forța elastică. 3.Repetați experimentul cu a 2-a, cu a 3-a încărcare.
4. completați tabelul cu rezultatele măsurătorilor. 5. construiți un grafic al dependenței forței elastice de alungirea probei. 6. după ce ați analizat graficul, trageți o concluzie. 7. efectuarea muncii: profesorul observă munca elevilor; elevii efectuează un experiment, completează un tabel, construiesc un grafic, trag o concluzie.
6. analiza sarcinii îndeplinite: profesorul invită elevii să analizeze lucrarea. Formulează legea lui Hooke. Oferă o sarcină suplimentară pentru a determina coeficientul de rigiditate al materialului studiat. Elevii analizează graficul rezultat, formulează o concluzie generală. Pe baza unui punct arbitrar din grafic, se calculează coeficientul de rigiditate al eșantionului dvs. Se concluzionează că coeficientul de rigiditate depinde de tipul de material.
7. Rezumatul lecției: profesorul analizează munca elevilor la lecție, pune întrebarea: ce nou ați învățat? subliniază încă o dată punctele principale, seturi teme pentru acasă; Elevii sistematizează cunoştinţele dobândite răspunzând la întrebarea profesorului.
Cererea nr. 4. Lucrări de laborator acasă pe tema „Conexiunea paralelă a conductorilor”
Scopul lucrării: verificarea legilor conexiunii paralele
1/R=1/R1+1/R2 I=I1+I2
Electrocasnice: contor de energie electrică, 2 becuri (sunt disponibile lămpi de masă), ceas.
Procedura de operare:
1. opriți toate aparatele electrice din apartament, contorul nu ar trebui să funcționeze.
2. notează citirea inițială a contorului n1.
3. aprindeți 1 bec electric timp de 20-30 de minute, apoi, stingându-l, faceți o nouă citire a contorului n2. Calculați munca efectuată А1=n2 – n1.
4. Folosind formula pentru lucrul curent A=IUt, calculați curentul I1 care circulă prin 1 bec, folosind legea lui Ohm, calculați rezistența acestuia R1=U/I1.
5. Repetați experimentul cu al doilea bec (becurile trebuie să fie diferite), calculați I2 și R2.
6. aprindeți ambele becuri în același timp pentru același timp, calculați curentul total I și rezistența totală R a ambelor becuri.
7.Verificați implementarea următoarelor legi:
1/R=1/R1+1/R2 I=I1+I2
8. trageți o diagramă a conexiunii în paralel a două becuri, trageți o concluzie.
Atenţie!!! Când se efectuează un experiment, toate unitățile de măsură ale cantităților trebuie să fie în sistemul SI de unități. Durata fiecărui experiment ar trebui să fie aceeași.
Cererea nr. 5. Pentru lecție, rezolvarea problemelor experimentale la tema „Fenomene termice” Clasa a 10-a.
Sarcină: determinați puterea termică a unui chibrit aprins.
Echipament (pentru primul experiment): chibrituri, cântare cu greutate, ceas, tabel „căldura specifică de ardere a combustibilului”. Elevii construiesc un lanț logic: 1. N=A/t; 2.A=U 3.;U=qm; 4. A=qm; 5. N=qm/t (masa se măsoară pe cântare, timpul se măsoară în ore, căldura specifică de ardere este o valoare tabelară).
Echipament (pentru al doilea experiment): chibrituri, ceas, riglă, tabele „densitate”, „căldura specifică de ardere a combustibilului”.Lant logic: 1.N=A/t; 2. A=U; 3. U=qm; 4. m=Vр; 5.V=lbh;
6. m=lbhr; 7. U=qlbhr; 8. N \u003d qlbhr; / t (p - densitate)
Cererea nr. 6. Subiecte aproximative ale atelierului de laborator.
Clasa 9.
1. măsurarea greutății corporale prin cântărire hidrostatică.
2. studiul legii conservării impulsului.
3. studiul legii conservării energiei.
4.determinarea coeficientului acțiune utilă la ridicarea corpului pe un plan înclinat.
5. Determinarea frecvenței și perioadei de oscilație a pendulului cu arc.
6. studiul proprietăților câmpului magnetic și al fenomenului de inducție electromagnetică.
7.studiul modificărilor vitezei de mișcare a electronilor în camera cu bule.
8. studiul urmelor de particule încărcate.
Clasa 10.
1.determinarea dimensiunii unei molecule de ulei vegetal.
2. verificarea ecuaţiei de stare a gazului.
3. măsurarea tensiunii superficiale a apei prin metoda detașării picăturilor și ridicării lichidului în capilar.
4.determinarea temperaturii și căldurii specifice de topire - cristalizare parafinei.
5.determinarea capacităţii termice specifice a unui corp solid.
6. studiul conexiunii în paralel şi în serie a condensatoarelor.
7. determinarea sarcinii şi capacităţii condensatoarelor.
8. studiul dependenţei rezistenţei semiconductorilor de temperatură.
Clasa a 11a.
1. studiul proprietăților câmpului magnetic și al condițiilor de obținere a unui curent de inducție.
2. studiul fenomenului de autoinducere.
3. studiul oscilaţiilor unui pendul cu arc.
4. studiul rezonanţei într-un circuit electric oscilator.
5.determinarea inductanței bobinei.
6.determinarea capacităţii condensatorului.
7.determinarea distanței focale a unei lentile divergente.
8. determinarea intensităţii luminoase a unei lămpi electrice.
Cererea nr. 7. „studiul procesului izoterm”.
1.pregătirea experimentului.
1) Fixați elementele de instalare în trepied.
2) Setați pistonul în poziția de mijloc.
3) Conectați traductorul de presiune la vasul cu volum variabil.
4) Conectați senzorul de presiune la conectorul 1, senzorul de volum la conectorul 2.
5) Mutați pistonul în poziția de 30 ml.
2. realizarea unui experiment.
1) Rulați programul.
2) Selectați secțiunea „Fizică moleculară”.
3) Selectați elementul de meniu „Proces izotermic”.
4) Faceți clic pe butonul „Setări hardware”.
5) Faceți clic pe butonul „Efectuați experimentul”.
6) Apăsați butonul de pornire.
7) Mutați pistonul de la volumul minim la volumul maxim.
8) Pentru a finaliza înregistrarea datelor, apăsați butonul „stop”.
9) Selectați punctele graficului, evidențiind-le cu roșu, faceți clic pe butonul „procesare”.
3.prelucrarea datelor.
1) pe primul ecran, dependența presiunii de volum P = f (V), pentru a trece la următorul ecran, butonul „următorul”.
2) Pe acest ecran, aceleași date sunt reconstruite în coordonate (1/V, P)
3) Apăsați butonul „dreaptă” pentru a afișa linia dreaptă, apoi apăsați butonul „următorul”.
4) În coordonatele (V, P) este prezentată dependența P=f(V).
5) Apăsați butonul „funcție” pentru a afișa dependența hiperbolică și ecuația acesteia pe ecran.
6) Pentru a ieși din modul, apăsați butonul „enter”.
Algoritmi similari sunt prezentați în manual pentru fiecare experiment.

Cărți folosite:

1. Vakhtomin N.K. Practică - Gândire - Cunoaștere. La problema gândirii creative. - M .: Nauka, 1978 - p. 112.
2.Pavlova M.S. Experimentul fizic - o modalitate de a dezvolta gândirea creativă // Fizica la școală, 2006, Nr. 1 - de la 14 - 20.
3.Braverman E.M. Desfășurarea independentă a experimentelor de către elevi // Fizica la școală, 2000, nr. 3 - de la 43 - 46.
4. Braverman E.M. Lecție de fizică într-o școală modernă - M .: Educație, 1993 - p. 114.
5. Smirnov A.P. atelierul fizic al rusului Newton - M.: Krugozor, 1995 - 223 p.
6.Daviden A.A. Lucrări de laborator în procesul de predare a fizicii // Fizica la școală, 2000, nr. 5 - p. 46.
7. Gurevici Yu.L. Metode de predare a activității mentale în lecțiile de fizică // Fizica la școală, 1999, nr. 4 - p. 43.
8. Hhomenko S.V. Legile gazelor și proprietățile vaporilor saturați. Ghid pentru implementarea experimentului. - M.: MGIU, 2007. - 30 p.
9. Dick Yu.I. Atelier de fizică pentru cursuri cu studiu aprofundat al fizicii. - M .: Educaţie, 1993 - 206s.
10. Khoroshavin S.A. Experiment fizic la liceu. - M .: Educaţie, 1988 - 170 p.
11. Şahmaev N.M. Experiment fizic la liceu. - M .: Educaţie, 1991 - 225 p.

electron atom de energie empirică

Cum să demonstrezi viabilitatea ideii tale? Cum se verifică formula? Fără ceea ce teoria nu va fi adoptată? Răspunsul este evident. Fără vechiul experiment bun. Este experimentul care ne face să credem afirmația.

Experimentul distruge miturile consacrate și deschide ochii către noi fațete ale științei. Experimentul are o emoție incitantă, dă speranță pentru descoperirea necunoscutului, dă spiritul unui pionier, stimulează eliberarea de endorfine în creier și creează nervozitate în tester.

Pasteur, care a testat vaccinuri pe el însuși, Galileo, care a intrat în conflict cu Biserica Catolică, Arhimede, care a murit în mâna romanilor, nu au ezitat nicio secundă în cercetările și experimentele lor.

Unele experimente din știința mondială au rămas într-o serie de „nebuni”. De exemplu, medicul francez Nikolaus Minovici, pentru a investiga asfixia (sufocarea), s-a spânzurat la propriu! Timpul maxim în buclă este de 26 de secunde. Iată ce a descris experimentatorul după experiment: „De îndată ce picioarele mi s-au desprins de suport, pleoapele mi s-au strâns convulsiv. Căile respiratorii erau blocate atât de strâns încât nu puteam nici să inspir, nici să expir. În urechi mi s-a auzit un fel de șuierat, nu am mai auzit vocea asistentei, trăgând de snur și marcand ora cu un cronometru. În cele din urmă, durerea și lipsa de aer m-au forțat să opresc experiența. Când experimentul s-a terminat și am coborât, mi-au sărit lacrimi din ochi.

Legendarul oceanograf Jacques-Yves Cousteau a făcut de asemenea pe listă scufundându-se în apă purtând un echipament de casă, dintr-o vezică de motocicletă și o mască de gaz.

Maria Sklodowska-Curie a experimentat cu elemente radioactive, fără să știe cât de amenințată era viața, și a murit din cauza efectelor acestora.

Lista ar putea continua mult timp. Dar nu este necesar ca experimentul să fie periculos, mai multe experimente sunt sigure pentru sănătatea și viața umană. Poți deveni celebru fără a face experimente periculoase sau respectând toate măsurile de siguranță.

Există multe definiții ale experimentului și împărțirea în tipuri. Voi încerca să dau interpretarea mea a unui experiment științific.

Un experiment este o metodă de cunoaștere, cu participarea unei persoane, ca observator sau componentă a acestui proces, pentru a obține informații în scopuri de cercetare. Experimentul pune ultimul punct. El poate confirma sau infirma o teorie. Experimentul poate genera, de asemenea, idei și teorii noi. Acesta este rolul experimentului în știință. Acest rol nu poate fi supraestimat. De aceea ei construiesc colisionare cu hadron super scumpe, cu un buget de miliarde de dolari și un timp de construcție de câțiva ani, construind laboratoare uriașe de cercetare care necesită costuri colosale.

Experiment și observație. Există o diferență semnificativă între aceste două faze ale studiului? În urma lui Claude Bernard, vom spune nu, precizând, însă, în același timp ce îi deosebește până la urmă.

Deja în secolul al XIII-lea, Roger Bacon distingea observația pasivă, obișnuită, de observația activă, științifică. În fiecare observație, ca în fiecare experiment, cercetătorul afirmă un fapt. Acesta din urmă este întotdeauna într-o oarecare măsură răspunsul la întrebare. Găsim doar ceea ce căutăm. Acest adevăr comun este însă uitat de mulți. În consultații și laboratoare, cabinetele sunt pline de protocoale de observații care nu sunt potrivite pentru nimic nici în prezent, nici în viitor doar pentru că au fost culese fără întrebări clare puse. Pe această bază, este clar că diferența dintre observație și experiment depinde de natura întrebării. În observație, întrebarea rămâne, ca să spunem așa, deschisă. Cercetătorul nu știe răspunsul sau are o idee foarte vagă despre acesta. Dimpotrivă, într-un experiment, întrebarea devine o ipoteză, adică presupune existența unui fel de relație între fapte, iar experimentul își propune să o testeze.

Dar există și așa-numitele „experimente de recunoaștere” atunci când experimentatorul nu are un răspuns la întrebarea sa și își stabilește scopul de a observa acțiunile subiectului ca răspuns la situațiile create de experimentator. În acest caz, diferențele care pot fi stabilite între observație și experiment sunt doar diferențe de grad între aceste două procedee. Situațiile sunt mai puțin strict definite în observație decât în ​​experiment, dar, după cum vom vedea în curând, din acest punct de vedere există diferite etape de tranziție între observația naturală și observația provocată.

A treia diferență, tot de grad, între observație și experiment nu depinde de controlul situațiilor, ci de acuratețea cu care pot fi înregistrate acțiunile subiectului. Supravegherea trebuie să se mulțumească adesea cu o procedură mai puțin riguroasă. decât un experiment, iar considerațiile noastre metodologice despre observație vor fi în principal despre cum să asigurăm acuratețea observației fără a recurge la situații experimentale standardizate în care numărul de răspunsuri așteptate este limitat.

Cu toate acestea, este clar că tot ceea ce spunem despre observație se aplică experimentului, mai ales dacă este caracterizat de un anumit grad de complexitate.