Эксперименттік физика — арнайы дайындалған жағдайларда, табиғи құбылыстарды зерттеуден тұратын табиғатты тану тәсілі. Табиғаттың математикалық моделін зерттейтін теориялық физикадан айырмашылығы, эксперименталды физика табиғаттың өзін зерттеуге арналған.
Физикалық теорияның жаңылысуы немесе дәлірек айтқанда, теорияның біздің әлемге қолданылмауы критерийі болып табылатын эксперименттің нәтижесімен келіспеушілік. Эксперимент келісімі теорияның дұрыстығын (қолданылуын) дәлелдей алмайды. Яғни физикалық теорияның өміршеңдігінің негізгі өлшемі эксперимент арқылы тексеру болып табылады.
Эксперименттің бұл айқын рөлін тек Галилео Галилей мен кейінірек зерттеушілер жүзеге асырды, олар ерекше жағдайдағы заттардың мінез-құлқын бақылау негізінде, яғни эксперименттер жасай отырып, әлемнің қасиеттері туралы қорытынды жасады. Байқаңыз, бұл ежелгі гректердің көзқарастарына толығымен қарама-қайшы екеніне назар аударыңызшы: әлем құрылымы туралы шынайы білімнің көзі тек ойлауға ұқсады, ал «сенсорлық тәжірибе» көптеген жалғандықтар мен белгісіздіктерге ұшырады және сондықтан шынайы білім болуды талап ете алмады.
Ең дұрысы, эксперименталды физика эксперименттік нәтижелерді ғана сипаттауға тиіс, оларды түсіндіру емес. Алайда іс жүзінде бұл мүмкін емес. Көп немесе аз күрделі эксперименттің нәтижелерін түсіндіру эксперименталды қондырғының барлық элементтері қалай әрекет ететінін түсінуімізге негізделеді. Бұл ұғым, өз кезегінде, кез келген теорияға сене алмайды. Осылайша, қарапайым бөлшектердің үдеткіш физикасы бойынша эксперименттер - барлық эксперименттік физикадағы ең күрделі бірі - элементтер бөлшектердің қасиеттерін нақты детектордың барлық элементтерінің механикалық және серпінді қасиеттерінен кейін ғана, олардың жауап электр және магнит өрісі, вакуум камерасындағы қалдық газдардың қасиеттері, пропорционалды камераларда электр өрісі мен иондардың дрейфі, иондану үдерістері және т.б.
Физикалық эксперименттерді модельдеу – оқытушыға сабақта физикалық ұғымдардың мағынасын тереңірек ашуға, студенттерді физиканың қазіргі эксперименттік базасымен таныстыруға, физикалық құбылыстармен зерттеу әдістерін толық түсіндіруге мүмкіндік береді.
Шығармашылық қабілеттерін арттыруда эксперименттік тапсырмаларды үйге берудің маңызы ерекше. Экспериментті жүргізудің дидактикалық құрылымы төмендегідей болуы мүмкін: демонстрациялық тәжірибелер, фронтальды зертханалық жұмыстар, физикалық практикум, үй жағдайындағы тәжірибелер Мұғалімнің үйге эксперименттік тапсырмалар беруі сирек кездеседі.
Үй тапсырмасына эксперименттік тапсырмалар беру оқушының мынадай қабілеттерін және шеберліктерін дамытады:
- Интеллектуалдық (салыстыру қабілеті, негізгіні ажырата білу, зерттеу, эксперимент нәтижелерін жазу және қорытындылау).
- Пәндік (теорияны практикамен ұштастыру шеберлігі, физикалық білімдерін құбылыстарға анализ жасауға қолдану, көптеген үй аспаптары мен құралдарының жұмыс істеу принципін түсіндіру).
- Ұйымдастыру-танымдық (құрал-жабдықтардың функционалдық міндеттерін анықтай білу, техникалық құрылғылармен жұмыс істегенде техника қауіпсіздігі мен пайдалану ережелерін сақтау).
Физикалық эксперименттік тапсырмаларды үйге беру осы пәнге ерекше қызығушылықты тудырады. Өйткені мұнда жергілікті табиғи және тұрмыстық (техникалық) жағдайлар ескеріледі. Үйге берілетін эксперименттік тапсырмалар жүйесі құрылған.
Бұл жүйе төмендегідей бірқатар мәселелерді шешуге бағытталған:
- тәжірибелерді физикалық тұрғыдан қарастыру;
- физикалық шамаларды өлшеу арқылы физикалық заңдар мен заңдылықтардағы функционалдық тәуелділікті анықтау;
- физикалық процестерді тұрмыстық техника кӛмегімен басқару мүмкіндігін түсіндіру (тігін машинасындағы реостаттың және потенциометр дыбыс реттегіштің телевизордағы, магнитофондағы, радиоқабылдағыштағы міндетін анықтау);
- тұрмысқа қажетті техникалық құрылғылардың параметрлерін өлшеу және есептеулер жүргізу (элекр құрылғыларының үтіктің, электр плитасының қуатын электр энергиясын есептегіш пен секундтық тілі бар сағат арқылы анықтау және оны осы құралдың құжаттық көрсеткіштерімен салыстыру; егер олар сәйкес келмесе себептерін түсіндіру); - техникалық білімдерін күнделікті еңбек тәжірибесінде қолдану.
Эксперименттік есептерді шешу тәсілдері оларды шешудегі эксперименттік жұмыстың қойылуына тәуелді. Мысалы, есепті шешу үшін барлық тексеру қажет болса, онда есептің шешуін нұсқауларға сәйкес жазады.
Эксперименттік есептердің басқа түрлерінде есепті шешу мен баяндау қажет болады. Егер есепті шешу үшін қажетті шамалар тәжірибе нәтижесінде алынса, онда экспериментті қою және өлшеулер жүргізу маңызды.
Есеп түріндегі эксперименттік тапсырмаларды шешу мен жазу келесі элементтерден тұрады: есептің қойылуы, шарттарды анализдеу, өлшеулер жүргізу, есептеулер, тәжірибеден тексеру.
Физиканы оқыту, оның пән ретінде ерекшеліктеріне сай, қазіргі заманғы ақпараттық технологияны қолдануы жайлы сала болып келеді. Физика сабақтарында ақпараттық –технологияны жаңа тақырыпты өткенде, қорытынды – қайталау сабақтарында және т.б сабақ түрлерінде қолдану өте тиімді. Сабақ барысында слайд-фильмдерді пайдалану, дәстүрлі әдістермен салыстырғанда, сабақтың динамикасын, көрнекілігін, ақпараттың өте жоғары деңгейін және көлемін қамтамасыз етеді, сонымен қатар, тақырыпқа және жалпы физика пәніне қызығушылықты арттырады. Сабаққа дайындық барысында электрондық оқулықтар, Интернет желісінің ақпараттары қолданылады және оқытушы мен студенттерге арналған дидактикалық материалдар, оқу-әдістемелік құралдар жасалады.
Физика - эксперименттік ғылым.
Соңдықтан, физикадан өткізілетін оқу эксперименті оқушылардың физика бойынша алатын білімдерінің көзі және физикалық кұбылыстарды зерттеудің әдісі, физика сабақтарындағы басты көрнекілік болып табылады. 159 Арнаулы құралдардың жәрдемімен физикалық процестерді демонстрациялап көрсету және оқушылардың өздерінің істеп, зерттеп, бақылауы физикалық оқу эксперименті деп аталады. Ол фазиканы оқытудағы ең негізгі көрнекі құрал болып саналады, себебі оны пайдаланудың нәтижесінде физикалық ұғымдар (үдеу, өріс, жарық дисперсиясы т.б.) қалыптастырылады, құбылыстар арасындағы өзара байланыстар (күш пен масса, ток күші мен кедергі, жылудың механикалық эквиваленті т.б.) тағайындалады, физикалық заңдар (Ньютон, Ом заңдары т.б.) тексеріледі.
Физикадық оқу экспериментінің оқушыларды ұқыптылыққа, төзімділікке, қиыншылықты жеңе білуге, ізденушілікке, бақылай білу ептілігін дамытуға, политехникалық дағдыларын қалыптастыруға күшті әсер ететіндей тәрбиелік маңызы да зор.
Ұйымдастыру формасына қарай физикадағы оқу экспериментінің жүйесі мынадай 6 түрден құрылады:
1) демонстрациялық эксперимент;
2) лабораториялық эксперимент;
3)физикалық практикум;
4) сыныптан және мектептен тыс жүргізілетін эксперимент;
5)эксперименттік есептер шығару;
6)қолдан физикалық приборлар мен көрнекі құралдар жасау.
Мектепте физикалық экспериментті тиісті дәрежеде өткізудің ең басты шарты - физика кабинетін жабдықтау және оның жұмысын жоспарлы түрде дұрыс жолға қоя білу. Бұл - физика мұғалімінің ынта-жігеріне және іскерлік қабілетіне бірден-бір байланысты жұмыс. Демонстрациялық эксперимент немесе тәжірибелер сабақ үстіңде көрсетіледі, сондықтан, ол сабақтың бір бөлігі болып есептелінеді және оқытудың басқа тәсілдерімен (әңгімелеу, дәріс, проблемалық баяндау, т.т.) бірігіп қолданылады. Демек, демонстрациялық тәжірибелер көрсетпейінше физика сабақтарын сапалы өткізуте болмайды. Сабақ үстінде физикалық тәжірибелерді көбінесе мұғалім көрсетеді, кейде оларды оқушылардың өздеріне де жасатуға болады. Физикалық эксперимент – оқытудың ең нәтижелі, әсерлі әдістерінің бірі. Демонстрациялық тәжірибелер көрсетілгенде физика сабағы қызықты өтеді.
Демонстрациялық экспериментке қойылатын талаптар
Физикалық демонстрациялық эксперименттің әдістемелік құндылығы мұғалімнен мынадай шарттарды орындауды талап етеді:
1.Тәжірибе өтіліп жатқан оқу материалымен тікелей органикалық байланыста көрсетілуі керек.
2.Демонстрациялық эксперименттің айқын мақсаты болуы тиіс. 3.Сабақта көрсетілетін физикалық тәжірибе көп уақыт алмауы керек және барлық құралдарды бірден көрсетудің қажеті жоқ. Олардың ең негізгілерін ғана тақырыпты түсіндіруде қолданып, қалғандарын оқушылардың сұрау, қайталау сабақтарында пайдаланған тиімді.
4. Физикалық тәжірибелер негізінен физикалық заңдылық-тардың сандық мағынасын дәлелдеуге тиісті.
5.Демонстрациялық эксперименттің эврикалық түрде болғаны жөн, мұндай жағдайда тәжірибенің негізінде оқушылар өздері "жаңалық" ашады немесе тиісті қорытындыға келеді. 6.Тәжірибенің бірнеше нұсқаларынан, жаңа сабақты түсіндіруде олардың ең көрнекісі, әсері (эффектісі) күштісі көрсетілуі керек.
7.Тәжірибені көрсеткенде демонстрациялық үстелде тек керекті құралдар ғана қойылуы тиіс. Оның көрнекілігін күшейту үшін мұғалім түсті қағаздарды, ақ-қара экрандарды, түрлі түсті боялған сұйықтарды пайдаланып, құралдарды жарықтандырғаны жөн.
8. Көрсетілген тәжірибеге қатысты сурет пен сұлбаларды дер кезінде тақтаға сызу қажет. Ең дұрысы - суретті динамикалық түрде салу.
9. Физикалық экспериментті нәтижелі көрсетуде физика мұғалімінің әдістемелік шеберлігі өте-мөте қажет.
Сыныптан тыс эксперименттің маңызы Айналамыздағы бізді қоршап тұрған денелер мен процестер әлемінде тұнып тұрған физикалық сыр-құпия мен таңғаларлық тамаша құбылыстар мол. Тіпті, аяқ бассаң, қозғала кетсең, тамақ пісірсең, ойыншықпен ойнасаң, машинамен жүрсең, сырғанақ тепсең, суда жүзсең, ән салсаң, домбыра тартсаң - бәрі физика екендігін физик-мұғалім ешқашан естен шығармауы тиіс. Мұны оқушыларға ұқтырудың, оған нандырудың ең тиімді жолы - оларға сыныптан тыс уақытта физикалық тәжірибелер мен 165 бақылауларды жасаттыру. Әрине, мұндай сыныптан тыс эксперимент мұғалімнің басшылығымен ғана жүргізіледі.
Сыныптан тыс эксперименттің білімдік және тәрбиелік маңызы күшті: оқушылардың физика мен техникаға қызығушылығын арттырады; оларды өз бетінше тәжірибелер, бақылаулар, өлшеулер жүргізуге баулыйды; физикалық теория мен практиканың байланысын терең түсінеді; айналамыздағы физикалық құбылыстардың мән-маңызын ұғады; физика және техника туралы әдебиеттерді оқуға әуестенеді; ол жайындағы кәсіби мамандықтардың ерекшеліктерімен танысады. Мұның бәрі оқушылардың физикалық білімдері мен іскерліктерін қарқынды дамытуға күшті ықпал жасайды, физиканы тереңдетіп және кеңейтіп оқуға ұмтылдырады, физика сабақтарының көрнекілігін күшейтіп молайтады. Оқушылардың физика-техникалық сыныптан тыс тәжірибелері мен бақылауларын ұйымдастыруға бірқатар жеткілікті мүмкіндіктердің бар екендігін аңғару қиын емес (механикалық ойыншықтар, балалардың алып жүретін (портативтік) жеңіл инструменттері, арнаулы конструкторлық приборлар комплектісі, үй-тұрмыстық машиналар мен тетіктер, үйдегі өлшеуіш приборлар, мектеп айналасындағы өндіріс орындары, ұстагершілік үй аспаптары, т.т.). Сыныптан тыс эксперимент үйде, өндіріс объектілерінде экскурсия кезінде, физикалық - кештерде, физика-техникалық үйірмелерде, оқушылар сарайлары мен жас техниктер стансаларындағы секция жұмыстарында, қолдан приборлар жасау кезінде өткізіледі. Оқушыларды ұдайы физика-техникалық өнертапқыштықпен, рационализаторлықпен, техникалық шығармашылықпен әр түрлі жолмен (үйірмеде, сабақта, физикалық кеште, қабырға газеті арқылы, көрмеде, экскурсияда) таныстырып тұру қажет.
Сыныптан тыс уақытта физикалық тәжірибелерді, бақылауларды, өлшеулерді нәтижелі өткізу мұғалімнің мынадай әдістемелік-ұйымдастыру жұмыстарды күні бұрын жасай білу шеберлігіне байланысты:
1) оқу материалына сәйкес қосымша әдебиеттерді таңдап алып, онымен оқушыларды таныстыру, олар орындайтын тәжірибелер мен бақылауларды жоспарлау;
2) жұмыстарды орындауға тапсырмалар дайындау;
3) оларды орындайтын орынды және қажетті приборларды анықтау.
Физика сабақтарында эксперименттік есептер шығару оқушылармен жұмыс жасау барысында әрбір мұғалімнің негізгі әдістемесінің құраушысына айналуы керек. Себебі, қазіргі заман талабына сай, оқушыларды техникалық бағыттағы пәндерге атап айтқанда физика саласына бағыттау ең басты қажеттілік болып табылады.
