Физика пәнінен олимпиадалардың эксперименттік тураларының тапсырмаларын шығарудың әдістемесі

Ергеш Б.Е

Ғылымижетекші: Танашева Н.К.,

PhD, қауымдастырылған профессор

Ш.Уәлихановатындағы Көкшетау университеті, Көкшетау қ.

Тірексөздер: Эксперименттік тур,Физикалық эксперимент,Тәжірибе жасау әдістемесі,Өлшеу дәлдігі,Құрал-жабдықтар,Нәтижелерді өңдеу,Қателіктерді талдау,Физикалық шамалар,График тұрғызу,Физикалық заңдылықтар, Оқушының шығармашылық ойлауы

Аннотация

Бұл жұмыста физика пәнінен өткізілетін олимпиадалардың эксперименттік турына қатысты тапсырмаларды орындау әдістемесі қарастырылады. Олимпиадалық деңгейдегі практикалық тапсырмалардың құрылымы, қолданылатын құрал-жабдықтар, өлшеу әдістері және нәтижелерді өңдеу жолдары талданады. Әдістемелік тәсілдер оқушылардың физикалық құбылыстарды терең түсініп, логикалық және шығармашылық ойлау қабілеттерін дамытуға бағытталған. Сонымен қатар, қателіктерді анықтау және оларды ескеріп, қорытынды жасау дағдыларына ерекше назар аударылады. Жұмыс физика пәнінен олимпиадаларға дайындалатын оқушылар мен олардың жетекшілеріне әдістемелік көмек ретінде ұсынылады.

Annotation

This paper explores the methodology for solving tasks in the experimental rounds of physics olympiads. It examines the structure of olympiad-level practical problems, the equipment used, measurement techniques, and methods for processing results. The proposed methodological approaches aim to enhance students’ understanding of physical phenomena, as well as to develop their logical and creative thinking skills. Special attention is given to identifying measurement errors and drawing conclusions based on them. This work is intended as a methodological guide for students preparing for physics olympiads and their mentors.

Аннотация

В данной работе рассматривается методика выполнения заданий экспериментального тура олимпиад по физике. Анализируется структура практических задач олимпиадного уровня, используемое оборудование, методы измерений и способы обработки результатов. Предложенные методические подходы направлены на углублённое понимание учащимися физических явлений, а также на развитие их логического и творческого мышления. Особое внимание уделяется выявлению погрешностей измерений и формированию навыков их учета при подведении итогов. Работа предназначена в качестве методического пособия для учащихся, готовящихся к олимпиадам по физике, и их наставников.

Кіріспе

Эксперимент-жаратылыстану зерттеулерінің негізі. Алайда, қазіргі уақытта оқушыларға оқу процесінде физикалық эксперимент жасау және жүргізу дағдыларын алу және практикада қолдану мүмкіндігі сирек кездеседі. Осындай мүмкіндіктердің бірі-оқушылардың физика пәнінен олимпиадаларға қатысуы, оның аясында эксперименттік тур қарастырылған.

Физикалық олимпиадалардың эксперименттік турларының міндеттері мектептегі зертханалық жұмыстардан айтарлықтай ерекшеленеді. Олимпиадаға қатысушы шектеулі уақыт ішінде эксперименттің барлық кезеңдерін дербес ойластырып, өлшеу әдістемесін, жабдықты пайдалану және стандартты емес болуы мүмкін эксперименттік деректерді өңдеу нұсқаларын әзірлеуі керек. Оқушылардың физикалық олимпиадалардың эксперименттік турларына қатысуы дәстүрлі мектеп практикумы қамтамасыз ете алмайтын арнайы дайындықты қажет етеді. Сондықтан ғылыми – әдістемелік проблема бар-оқушыларды физикалық олимпиадалардың эксперименттік турларына қатысуға арнайы даярлау жүйесін құру қажеттілігі.

Қазіргі уақытта оқушыларды шығармашылық эксперименттік физикалық мәселелерді шешуге дайындаудың тұтас жүйесі жоқ. Осы себептен оқушыларды физика олимпиадаларының эксперименттік турларына қатысуға дайындау үшін әдістемелік әзірлемелер жасау міндеті өте өзекті болып табылады.

Тақырыптың өзектілігі. Физиканы зерттеу тек нақты білім беріп қана қоймай, жеке тұлғаны дамытатыны жалпыға ортақ.

Осыған байланысты эксперименттік тапсырма ерекше маңызға ие, ол қажет болған жағдайда қызметтің екі түрін де қамтиды. Есептерді шешудің кез-келген түрі сияқты, ол ойлау процесіне ортақ құрылым мен заңдылыққа ие. Эксперименттік тәсіл бейнелі ойлауды дамыту мүмкіндіктерін ашады.

Эксперименттік тапсырма, олардың мазмұны мен шешу әдістемесіне байланысты, әмбебап зерттеу дағдылары мен дағдыларын дамытудың маңызды құралы бола алады: зерттеудің белгілі бір модельдеріне, эксперименттің өзіне, ең маңызды нәтижелерді бөліп көрсетуге және тұжырымдауға, зерттелетін пәнге барабар гипотеза жасауға және оның негізінде физикалық және математикалық модель құруға, эксперименттің нақты үлгілеріне сүйене отырып эксперимент жасау. есептеу техникасын талдауғада байланысты болады. Оқушыларға арналған физикалық тапсырма мазмұнының жаңалығы, эксперименттік әдістер мен құралдарды таңдаудағы өзгергіштік, физикалық және математикалық модельдерді әзірлеу және талдау кезінде ойлаудың қажетті тәуелсіздігі шығармашылық қабілеттерді қалыптастырудың алғышарттарын жасайды.

О

Зерттеу нысаны-жоғары сынып оқушыларын оқыту процесі.

Зерттеу пәні-интеллектуалды қабілеттерді дамытуға, зерттеу тәсілін, оқушылардың шығармашылық белсенділігін қалыптастыруға бағытталған физика бойынша эксперименттік тапсырмалар жүйесі.

Зерттеудің мақсаты-физика бойынша эксперименттік тапсырмалар жүйесін әзірлеу.

Зерттеу мақсатына сүйене отырып, келесі міндеттер қойылды:

1. Мектептегі физика курсындағы эксперименттік тапсырмалардың рөлі мен маңыздылығын анықтаңыз (педагогикадағы, психологиядағы және физиканы оқыту әдістемесіндегі экспериментті анықтау).

2. Мектептегі физика курсында эксперименттік тапсырмаларды қолдану бойынша бағдарламалар мен оқулықтарды талдаңыз.

3. Анықтаушы эксперимент деңгейінде педагогикалық эксперимент жүргізу әдістемесінің мәнін ашыңыз.

4. Жалпы білім беретін бейіндегі 9-11 сынып оқушылары үшін физика бойынша олимпиадалардың эксперименттік турларына қатысуға оқушыларды даярлау үшін базалық оқу-әдістемелік жиынтығын әзірлеу және жасау.

Эксперименттік тапсырмалардың 9-11 сынып оқушыларының танымдық қабілеттерін, зерттеу дағдыларын және шығармашылық белсенділігін дамытудағы құрал ретіндегі рөлін анықтау Жұмыстың ғылыми жаңалығы мен теориялық маңыздылығы болып табылады.

Зерттеудің теориялық маңыздылығы эксперименттік тапсырма бойынша оқу процесін жобалау және ұйымдастыру технологиясының әдістемелік негіздерін дамыту және тұлғаға бағытталған оқыту құралы ретінде әзірлеу және негіздеу арқылы анықталады.

Қойылған міндеттерді шешу үшін келесі әдістер жиынтығы пайдаланылды:

- психологиялық-педагогикалық әдебиеттерді теориялық талдау және салыстырмалы әдістер;

- теориялық талдау нәтижелерін бағалауға жүйелік тәсіл, абстрактіліден нақтыға көтерілу әдісі, теориялық және эмпирикалық материалдың синтезі, мазмұнды жалпылау әдісі, шешімдердің логикалық-эвристикалық дамуы, ықтималды болжау, болжамды модельдеу, ойлау эксперименті.

Базалық оқу-әдістемелік жиынтықтың құрамы мен мақсаты

Әзірленген ОӘК оқушыларды физикалық олимпиадалардың эксперименттік турларына қатысуға кешенді дайындауға арналған. ОӘК әдістемелік және техникалық бөлімнен тұрады. Әдістемелік бөлімге экспериментті дайындау және жүргізу бойынша әдістемелік нұсқаулармен бірге жүретін тапсырмаларды сипаттау жиынтығы, ал эксперимент жүргізу үшін қажетті техникалық жабдыққа сәйкес құрастырылған жабдықтар кіреді. БОӘЖ техникалық бөлігі эксперименттік міндеттер кешенін құрайды.

Әр тапсырманың сипаттамасы келесі бөлімдерді қамту қажет.

• негізгі ұғымдар мен заңдар;

• тапсырманы қою (тапсырманың шарты және тапсырманы шешу үшін ұсынылатын жабдықтардың тізімі);

• теориялық негіздері;

• эксперимент барысы (эксперимент жүргізудің егжей-тегжейлі алгоритмі);

• нәтижелерді өңдеу;

• бағалау критерийлері;

• әдістемелік нұсқаулар;

• бақылау деректері.

Әдістемелік нұсқаулар экспериментке дайындық кезінде мүмкін болатын қиындықтардан сақтандырады. Бағалау критерийлері оқушы жасаған жұмыстың барлық элементтерін объективті бағалауға мүмкіндік береді. Ұпайларды бөлу физикалық олимпиадалардың эксперименттік турларын өткізуде қолданылатын бағалау жүйесіне мүмкіндігінше жақын. Міндеттердің сипаттамасы мен әдістемелік ұсынымдар барлық міндеттерді орындаудың теориялық негіздерін, эксперименттік қондырғыларды құрастыру процесінің сипаттамасын, эксперименттердің нәтижелерін өлшеу және талдау әдістемесін, бақылау өлшемдерін және жұмыстарды бағалаудың мүмкін өлшемдерін қамтитын бірыңғай оқу-әдістемелік құралға жинақталған (оқу-әдістемелік құралдың макеті 1-қосымшаға орналастырылған). Оқу-әдістемелік құралды құру кезінде ақпаратты мүмкіндігінше егжей-тегжейлі баяндау мақсаты көзделді. Негізгі бағдар - бұл оқу құралын оқушылар мен мұғалімдердің өз бетінше пайдалану мүмкіндігі. Жинақтың құрамына кіретін міндеттер кешені "классикалық" олимпиадалық міндеттердің негізін қалаған идеялармен танысуға және осындай міндеттерді сәтті орындау үшін қажетті барлық негізгі дағдыларды дамытуға мүмкіндік береді. Кешеннің міндеттері жабдықты "стандартты емес" қолданудың бірқатар мысалдарын көрсетеді.

Эксперименттік міндеттер кешені

Атқарылған жұмыстың нәтижесінде жалпы физика (механика, молекулалық физика және термодинамика, электр және магнетизм, оптика) мектеп курсының негізгі бөлімдерін қамтитын эксперименттік есептер кешені әзірленіп, құрылды. Ол 46 эксперименттік тапсырманы қамтиды.

Төменде осы тапсырмалардың тізімі берілген.

Механика

1.Гидрометр көмегімен судың тығыздығын өлшеу.

2.Иінтірек ережесін үйрену.

3.Сырғанау үйкелісін зерттеу.

4 Мүлдем серпімді емес соққыны зерттеу.

5 Жіптің цилиндрге үйкелуін зерттеу (Эйлер формуласы).

6 Математикалық маятникті зерттеу.

7.Байланысқан тамырлардағы сұйықтықтың ауытқуын зерттеу.

8 Көлбеу шұңқырдағы доптың қозғалысын зерттеу.

9 Иілу деформациясын зерттеу.

10 Бұралу деформациясын зерттеу.

11 Тұтқыр сұйықтықтың ағымын зерттеу.

12 Механикалық "сұр қорапты" зерттеу.

13 Гидростатикалық "қара қорапты" зерттеу.

Молекулалық физика және термодинамика

1 Өсімдік майының тығыздығын өлшеу.

2 Еріген қардағы су мен мұздың арақатынасын өлшеу.

3 Жылу сыйымдылығын өлшеу.

4 Жеңіл балқитын заттың кристалдануының меншікті жылуын өлшеу.

5 Газ заңдарын қолдана отырып температураны өлшеу.

6 Жылу алмасу процесін зерттеу.

7 Шар ішіндегі қысымның көлемге тәуелділігін зерттеу.

8 Жұқа пленкаларды зерттеу.

9 Судың беттік керілу коэффициентін өлшеу.

10 Жылу қозғалтқышының пайдалы әсерін өлшеу.

Электр және магнетизм

1 Амперметр мен вольтметр көмегімен қарсылықты өлшеу.

2 Айнымалы резисторды зерттеу.

3 Резистордың Вольт-Ампер сипаттамасын құру.

4 Қыздыру шамының Вольт-Ампер сипаттамасын құру (1-нұсқа).

5 Қыздыру шамының Вольт-Ампер сипаттамасын құру (2-нұсқа).

6 Жартылай өткізгіштің Вольт-Ампер сипаттамасының құрылысы диод.

7 Электр тогының жылу әсерін зерттеу.

8 Коммутатормен "қара жәшікті" үйрену.

9 Потенциометрмен "қара жәшікті" зерттеу.

10 Жарық диодтары бар "қара жәшікті" зерттеу.

11 "Екі полюсті" типті сүлбесі бар "қара жәшікті"зерттеу.

12 "Жұлдыз" типті сүлбесі бар "қара жәшікті"зерттеу.

13 "Үшбұрыш" типті сүлбесі бар "қара жәшікті"зерттеу.

14 Ішкі кернеу көзі бар "қара жәшікті" зерттеу.

15 RC тізбегін пайдаланып конденсатордың сыйымдылығын өлшеу.

16 Магниттік өзара әрекеттесуді зерттеу.

Оптика

1 Ортаның сыну көрсеткішін өлшеу.

2 Жинау линзасының фокустық қашықтығын өлшеу әдісі параллакс.

3 Диффузиялық линзаның фокустық қашықтығын өлшеу.

4 Линза материалының сыну көрсеткішін өлшеу.

5 Жарықтың дисперсиясын зерттеу.

6 CD бетінің құрылымын зерттеу.

7 Оптикалық "сұр қорапты" зерттеу.

Тапсырмалардың әрқайсысы үшін оның сипаттамасы жасалды, эксперимент жүргізу үшін қажетті жабдық әзірленді немесе таңдалды, сонымен қатар экспериментті дайындау және жүргізу бойынша ұсыныстар жиынтығы. Оқушының орындауындағы міндеттердің әрқайсысы оның өлшеу әдістемесін әзірлеуді, эксперименттік қондырғыны өз бетінше құрастыруды, эксперимент жүргізуді, эксперименттік деректерді өңдеуді, нәтижелерді алуды, жіберілген қателіктерді бағалауды, нәтижелерді қорытынды ұсынуды қамтиды.

Жұмысты орындау барысында оқу-әдістемелік әдебиеттерді зерттеп, мектептегі физикалық экспериментке арналған қолданыстағы әдістемелік базаны талданды. Нәтижесінде ғылыми-әдістемелік проблема – оқушыларды физикалық олимпиадалардың эксперименттік турларына қатысуға арнайы даярлау жүйесін құру қажеттілігі тұжырымдалды.

Қазіргі уақытта оқушыларды шығармашылық эксперименттік физикалық мәселелерді шешуге дайындаудың тұтас жүйесінің болмауымен байланысты бұл мәселенің өзектілігі анықталды. Жұмысты орындау нәтижесінде келесі негізгі нәтижелер алынды:

1. Оқушыларды физикалық олимпиадалардың эксперименттік турларына қатысуға дайындау үшін базалық оқу-әдістемелік жиынтығын құру идеясы ұсынылды, БОӘЖ құрамы мен мақсаты айқындалды.

2. Мектептің физика курсының негізгі бөлімдері бойынша 46 эксперименттік тапсырма (БОӘЖ техникалық бөлігі) әзірленді және құрылды.

3. Әрбір эксперименттік тапсырма үшін сипаттама әзірленді (БОӘЖ әдістемелік бөлігі); сипаттамалар негізінде "физикалық олимпиадалардың эксперименттік турларына дайындық" бірыңғай оқу-әдістемелік құралының макеті жасалды.

4. Құрылған БОӘЖ апробация жүргізілді, ол оның практикалық құндылығы мен тиімділігін растады.

БОӘЖ құрамына енгізілген эксперименттік міндеттердің едәуір бөлігін автор өзі немесе оның тікелей қатысуымен әзірледі. Жалпы, оқушыларды физикалық олимпиадалардың эксперименттік турларына қатысуға дайындау үшін бірыңғай оқу-әдістемелік жиынтықтың тұжырымдамасы мен практикасы алғаш рет іске асырылды. Мұның бәрі жұмыстың жаңалығы туралы айтуға негіз береді. Автордың 2024/2025 оқу жылында физика пәні бойынша олимпиадалардың эксперименттік турларына оқушыларды даярлау бойынша үйірмелер мен оқу-жаттығу жиындары барысында практикалық сабақтар өткізуі кезінде жұмыс сәтті сынақтан өтті.

Қолданылған әдебиеттер:

1. Перышкин А.В. Гутник Е.М. Физика. 9 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2009.

2. Мякишев Г.Я. Буховцев Б.Б. Чаругин В.М.; под ред. Николаева В.И., Парфентьевой Н.А. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни – 19-е изд. – М.: Просвещение, 2009.

3. http://td-school.ru/ (сайт ООО Школьный мир)

4. http://www.phywe-systeme.com/ (сайт ООО PHYWE Systeme GmbH & Co.KG)

5. http://www.pasco.com/ (сайт PASCO scientific)

6. https://www.3bscientific.ru/ (сайт 3B Scientific)

7. Дик Ю.И., Кабардин О.Ф., Орлов В.А. и др. Физический практикум для классов с углубленным изучением физики: 10–11 кл. – 2-е изд. – М.:Просвещение, 2002.

8. Лисенкер Г.Р. Физический эксперимент в школе. Пособие для учителей.Вып. 5 – М.: Просвещение, 1975.

9. Шахмаев Н.М., Павлов Н.И., Тыщук В.И. Физический эксперимент в средней школе: Механика. Молекулярная физика. Электродинамика. – М.: Просвещение, 1989.

10. Шахмаев Н.М., Шилов В.Ф. Физический эксперимент в средней школе: Колебания и волны. Квантовая физика. – М.: Просвещение, 1991.

11. Майер Р.В., Кощеев Г.В. Учебные экспериментальные исследования по электронике – Глазов: ГИЭИ, 2010

12. Майер В.В., Майер Р.В. Экспериментальное изучение дисперсии звука //Преподавание физики в высшей школе. Сборник научных трудов. №7 -М.: Прометей, 1996. - С. 69 -78.

13. Майер В.В., Майер Р.В. Экспериментальное изучение вращения тела в вязкой среде // Преподавание физики в высшей школе. Сборник научных трудов. № 7. - М.: Прометей, 1996. - С. 59--68.

14. Григал П.П., Пятаков А.П. Лаборатория на коленке / / Библиотечка Квант, выпуск 112 – М.: Бюро квантум – 2009.

15. Рыжиков С.Б. Исследовательские работы по физике учеников 7-11 классов. – LAP Lambert Academic Publishing Saarbrucken (Германия), 2013,

280 с.

16. http://www.rosolymp.ru (сайт «Всероссийская олимпиада школьников»)

17. http://www.iepho.com (сайт Международной олимпиады по экспериментальной физике «International Experimental Physics Olympiad»).

18. http://ipho.phy.ntnu.edu.tw (сайт Международной олимпиады по физике «International Physics Olympiad»).

19. http://www.4ipho.ru – (сайт сборной Российской Федерации по физике для подготовки к участию в международных физических олимпиадах).

20. Романовский Т. Экспериментальный тур олимпиады по физике. // Квант, № 11, 1980. – с. 54–58.

21. Орлов В.А. Экспериментальный тур олимпиады по физике. // Квант, № 11, 1982. – с. 56–60.

22. Орлов В.А., Слободецкий И.Ш. – Всесоюзные олимпиады по физике –

М., Просвещение, 1982.

23. Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Разумовский В.Г. (ред.) – Международные физические олимпиады школьников // Библиотечка Квант, выпуск 43 –М., Наука, 1985.

24. Козел С.М., Слободянин В.П. (ред.) – Всероссийские олимпиады по физике 1992-2001 – М., Вербум-М, 2002.

25. Варламов С.Д., Зильберман А.Р., Зинковский В.И. Экспериментальные задачи на уроках физики и физических олимпиадах. – М., МЦНМО,2009.

26. Слободянюк А.И. Физическая олимпиада: Экспериментальный тур.

27. Власов А.И., Учевадов А.В. Физический практикум – 2-е изд. перераб. и доп. – Пензенский областной институт повышения квалификации и переподготовки работников образования, 2001.

28. http://www.physolymp.ru/p/ (архив задач Всероссийских олимпиад по физике)

29. Семенов М.В., Старокуров Ю.В., Якута А.А. Методические рекомендации по подготовке учащихся к участию в олимпиадах высокого уровня по физике. – М., Физический факультет МГУ, 2007, с. 10.

30. Митин И.В., Русаков В.С. Анализ и обработка экспериментальных данных. – М., Физический факультет МГУ, 2009.

31. http://www.olphys.ru (сайт «Олимпиадная физика и астрономия», информация о кружках подготовки школьников к олимпиадам по физике)

32. http://mosphys.olimpiada.ru/maxwell (сайт олимпиады «Максвелл»)

33. http://komanda-center.ru/ (сайт ГБОУ ДООЦ «Команда»)

34.http://komanda-center.ru/about/novosti/podgotovka-k-olimpiade-po-fizike/ (информация о учебно-тренировочных сборах по физике, прошедших в ГБОУ ДООЦ «Команда» с 15 по 21 декабря 2014 года)

35. Тихонов П.С., Черников Ю.А. Разработка новых методических приемов подготовки школьников старших классов к участию в экспериментальных турах олимпиад по физике. // Материалы Международного молодежного научного форума «ЛОМОНОСОВ-2014» / Отв. ред. А.И. Андреев, А.В. Андриянов, Е.А. Антипов. [Электронный ресурс] —М.:МАКС Пресс, 2014.

36. Тихонов П.С., Черников Ю.А., Якута А.А. Создание комплекса задач по теме «Постоянный электрический ток» для подготовки школьников к участию в экспериментальных турах олимпиад по физике. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «XI Столетовские чтения». Владимир, 14-16 октября 2014 года. Сборник трудов –Владимир, 2014. –С. 50-55.

37.Черников Ю.А., Тихонов П.С., Якута А.А. Разработка и создание специализированных лабораторных работ для подготовки старшеклассников к участию в экспериментальных турах физических олимпиад. XIII Международная учебно-методическая конференция «Современный физический практикум». Москва, 23-25 сентября 2014 г. Сборник трудов. –Новосибирск, 2014. –C. 58-59.

38.Тихонов П.С., Черников Ю.А., Якута А.А. Создание базового комплекса задач по механике для подготовки школьников к участию в экспериментальных турах олимпиад по физике. // Двадцатая Всероссийская научно-практическая конференция «Учебный физический эксперимент. Актуальные проблемы. Современные решения». Глазов, 30-31 января 2015 г. Аннотированная программа конференции. –Глазов, 2015. –С. 8.

39.Тихонов П.С., Черников Ю.А., Якута А.А. Создание базового комплекса задач по механике для подготовки школьников к участию в экспериментальных турах олимпиад по физике. // Сборник научных трудов «Проблемы учебного физического эксперимента», выпуск 25. –М.: ИСМО РАО, 2015. –С. 57–8.

40.Тихонов П.С., Черников Ю.А., Якута А.А., Зинковский В.И. Учебно-методические комплекты для подготовки школьников к участию в экспериментальных турах олимпиад по физике. // Физика в школе. –2015 – 3. –С. 30-34.