Дополнительная образовательная программа по физике "Юный исследователь"

В настоящее время в работе со школьниками на первое место выходит самостоятельная деятельность учащихся, применение ими исследовательских методов, развитие навыков структурирования этапов выполнения задания, проектная деятельность, повышение интереса к экспериментированию. Эти же подходы могут быть нацелены и на обучение решению олимпиадных задач.

Поэтому данная программа решает существенную задачу совершенствования умения пользоваться современным инструментарием и практически применять результаты решения проблемы, а также ознакомиться методами работы на начальном этапе исследовательской деятельности.

Программа рассчитана на разновозрастную группу учащихся 10-го и 11-го профильных физико-математических классов. Экспериментальная часть программы может быть реализована без специальных технических средств путём самостоятельного конструирования учащимися оборудования из доступных материалов. Интересной составной частью программы является моделирование физических процессов. Курс не исключает и “меловые” задачи повышенной сложности, необходимые для успешной реализации проекта.

В ходе реализации программы создаются условия для решения таких образовательных задач, как приобретение учащимися

• знаний о методах научного познания природы; о цикле научного познания, месте эксперимента в нём, соотношении теории и эксперимента;
• умений проводить наблюдения природных явлений, описывать и обобщать их результаты; планировать и выполнять эксперимент; применять математические методы к решению теоретических задач; работать с учебной, хрестоматийной, справочной, научно-популярной литературой, программными средствами; готовить сообщения и доклады, оформлять и представлять их; участвовать в дискуссии, уметь предвидеть возможные результаты своих действий.

Формами проведения занятий – являются лекция, семинары, практические занятия по выполнению фронтальных экспериментальных работ, самостоятельная работа учащихся (коллективная, групповая, индивидуальная), консультации, защита проектов.

Формой проверки уровня усвоения материала – защита творческой работы на семинаре или конференции, в виде реферата, стендового доклада, компьютерной презентации, демонстрации эксперимента или изготовленного прибора.

Разработанная программа обеспечивает условия для развития познавательных и творческих способностей учащихся при сохранении фундаментальности физического образования и усиления его практической направленности.

Пояснительная записка

Направленность дополнительной образовательной программы – интеллектуально-познавательная.

Учебный физический эксперимент, физические исследования, как теоретические, так и в виде практических заданий, играют огромную роль в освоении учащимися научного метода познания. В условиях современной школы недостаточно просто давать знания и показывать опыты, необходимо вовлекать в процесс самих учащихся, тем самым, обучая их навыкам исследовательской деятельности, которая позволяет привлечь учащихся к работе с первоисточниками, проведению экспериментов и трактовке его результатов. В ходе реализации программы учащиеся знакомятся с научным методом познания, который история науки связывает с именем Г.Галилея. Это метод включает в себя следующие этапы: чувственный опыт и постановку проблемы; выдвижение гипотезы – аксиомы; математическое развитие гипотезы, логический вывод из нее следствий; экспериментальную проверку гипотезы и ее следствий.

Получая представление о методе познания и методах исследования явлений, учащиеся знакомятся, во-первых, с происхождением научных знаний и их отличиями от обычной информации, во-вторых, – с необходимой последовательностью познавательных действий, ведущих от незнания к знанию. Это позволяет учителю организовывать их самостоятельную познавательную деятельность в форме самостоятельных экспериментальных и теоретических исследований, которые органически вписываются в логику процесса познания, являются его этапами, ведут ученика к знанию.

Главным содержанием программы естественно-научная и интеллектуально-позновательная деятельность. Она включается в себя такие элементы, как наблюдение, измерение, выдвижение гипотез, построение объясняющих моделей, экспериментирование, математическую обработку данных, анализ информационных источников, а так же предполагает использование коммуникативных умений.

Цели программы:

– знакомство с особенностями естественно-научной исследовательской деятельности;
– создание условий для формирования интеллектуальных и практических умений в области исследования явлений природы, физического эксперимента, развития творческих способностей;
– создание условий для самореализации учащихся в процессе учебной деятельности.

Задачи программы:

– помочь учащимся овладеть методами исследования различных явлений природы;
– способствовать интеллектуальному развитию мышления учащихся, которое обеспечит переход от обучения к самообразованию;
– способствовать развитию мышления учащихся, их познавательной активности и самостоятельности, формированию современного понимания науки;
– развивать умения самостоятельно приобретать и применять знания, работать в группе, вести дискуссию, отстаивать свою точку зрения.

Основные виды деятельности:

– самостоятельные исследования;
– устные сообщения учащихся с последующей дискуссией;
– подготовка и защита презентаций;
– проведение лабораторных и практических работ;
– работа со справочной литературой, энциклопедиями, информационными источниками;

Учащиеся самостоятельно выбирают:

– тему исследования;
– вид отчетных работ;
– литература, с помощью которой они будут готовить собственные работы.

Отличительные особенности программы:

Программа способствует формированию познавательного интереса учащихся к физике, развитию творческих способностей, углублению и расширению знаний и умений так как:

– входящие в нее исследовательские задачи допускают разный уровень выполнения, имеют ясную и интересную постановку, которая побуждает учащихся к исследованию;

– задачи не требуют дорогостоящего или сложного оборудования, оно входит в обычные комплекты школьных естественнонаучных кабинетов или может быть изготовлено из подручных средств;
– последовательность задач подчиняется определённой логике, основанной главным образом, на постепенном усложнении исследовательских действий от задачи к задаче и учитывающей содержание программы естественнонаучного курса и программы математики;
– сценарий учебных занятий по выполнению исследовательских задач включает такие формы коммуникативной деятельности, как работа в группе, участие в дискуссии, презентация полученных результатов.

Организация учебной деятельности может быть различна. Например, над некоторыми задачами учащимся будет удобней работать индивидуально или в парах, а публичная презентация результатов (конференция) может быть заменена отчетом группы непосредственно перед педагогом. Одной из наиболее рациональных форм организации исследовательской деятельности является работа учащихся в парах или тройках, используя ролево-игровую методику, когда учащиеся могут дополнять друг друга, исполняя ту или иную роль : теоретик, практик, физик, биолог, и т.д. В этом случае качество работы, уровень подготовки и результативность резко повышаются, так как учащиеся неоднократно обсуждают свою тему, советуются, спорят, взаимно проверяют выученный материал, используют ошибки и недочеты. Поскольку программа состоит исключительно из исследовательских задач, то в ней практически отсутствует лекционная форма занятий. Ее аналогом лишь в какой-то мере можно считать информационно-

инструктивную часть, в ходе которой учитель в сжатой форме представляют необходимые сведения об изучаемом явлении, вместе с учениками формирует задачу, дает информационные ссылки, которые могут понадобиться ученикам в процессе работы над ней.

В результате изучения курса, помимо формирования собственной позиции, ученики смогут (на определенном уровне) освоить следующие умения:

– строить план исследования;
– фиксировать эмпирические данные (с учетом погрешностей) в виде графика и таблицы;
– описывать механизм явления с опорой на его рабочую модель;
– предлагать и проводить эксперименты или наблюдения, позволяющие выявить новые характеристики явлений, проверять и корректировать рабочие модели;
– сотрудничать с товарищами, работая в исследовательской группе;
– представлять результаты работы в форме короткого сообщения с использованием визуальных средств демонстрации (графиков, диаграмм, рисунков).

Материально-техническое оснащение.

В процессе работы используется материально-техническая база кабинета физики и класса информационных технологий. В ходе проведения занятий используется материал школьной медиатеки.

Программа рассчитана на учащихся 15-17 лет, сроки реализации программы 2007-2009 годы, количество часов – 68, периодичность занятий – 1 раз в течении учебного времени.

Учебно-тематический план

Содержание программы.

Первый год обучения.

Занятие №1. Цели и задачи научно – исследовательской деятельности учащихся
Занятие №2. Физический эксперимент, его роль в развитии науки.
Занятие №3 Лабораторная работа “Проверка правил моментов на рычаге”.
Занятие №4. Наблюдение физических явлений
Занятие №5. Выполнение самостоятельных наблюдений в группах
Занятие №6. Гипотеза, роль и место гипотезы в процессе познания.
Занятие №7.Построение моделей в процессе познания.
Занятия №10. 14. Физика практикум.

Лабораторная работа “Исследование зависимости средней скорости движения тела по наклонной плоскости от угла ее наклона”.
Лабораторная работа “Определение средней квадратичной скорости молекул”.
Лабораторная работа “Наблюдение процесса роста кристаллов из раствора”.
Лабораторный эксперимент с творческим заданием.
Лабораторная работа “Определение удельного сопротивления материала школьного реостат (без разматывания)”.

Занятие №15. Занимательные опыты по физике.
Занятие №16. Конкурс экспериментов.
Занятие №17 Предпроектная и проектная деятельность учащихся.
Занятия №18-22. Отработка последовательных этапов содержания проекта.
Занятие №23. Введение в тему “Физика в развитие космонавтики”.
Занятие №24-31. Самостоятельные исследования по теме “Физика и развитие космонавтики”
Занятие №32. Защита и обсуждение результатов исследования. Научно– практическая конференция.

Резерв 2 часа.

Второй год обучения.

Занятие №1. Физика: Путь поисков и открытий.
Занятие №2. Научно-исследовательская деятельность.
Занятие №3. Введение в тему 2Физика вокруг нас”
Занятие №4-10. Самостоятельные исследования по теме “Физика вокруг нас”.
Занятие №11. Защита и обсуждение результатов исследования. Школьная научно– практическая конференция.
Занятие №12. Введение в тему 2Физика и техника”.
Занятие №13-19. Самостоятельные исследования по теме “Физика и техника”.
Занятие №20. Защита и обсуждение результатов исследования. Школьная научно– практическая конференция.
Занятие №21. Изобретатель: профессия или призвание?
Занятие №22-23. Методы технического творчества
Занятие №24. Закономерности технологических систем и применение физических эффектов.
Занятие №25. Законы физики и законы технологии.
Занятие №26-27. Сделай и исследуй сам. Практическое занятие.
Занятие №28-29. Самостоятельные исследования по теме “физика в истории и жизни профессий”
Занятие №30– 31. Защита и обсуждение результатов исследования “Физика в истории и жизни профессий” Конференция.

Резерв 3 часа.

Содержание программы.

Первый год обучения.

Занятие №1. Цели и задачи научно – исследовательской деятельности учащихся

Лекция

Представить программу всего курса, показать перспективы деятельности учащихся. Познакомить с требованиями к оформлению научно – исследовательской работы.

Занятие №2. Физический эксперимент, его роль в развитии науки.

Лекция

Необходимость физического эксперимента в науке. Мир физических явлений, представленных природой или вызванных физическим экспериментом. (На примере закона Ома)

Занятие №3

Проверочный эксперимент, его роль и место в процессе познания

Лекция.

Лабораторная работа “Проверка правил моментов на рычаге”.

Оборудование: микролаборатория “Механика”.

Занятие №4. Наблюдение физических явлений

Лекция

Наблюдение и составление анализа физических явлений. Связь данного явления с ранее изученными. Введение физических величин, характеризующих явление.

Занятие №5. Выполнение самостоятельных наблюдений в группах

Практическая работа.

Пример наблюдений – явление отражения света. Составить план проведения наблюдений (что наблюдать, от чего зависит и какая величина, как зависит и др.)

Оборудование: микролаборатория “Оптика”

Составить план наблюдения, провести описание результатов наблюдений.

Пример наблюдений – явление электромагнитной индукции.

Оборудование: микролаборатория “Электродинамика”.

Дома: повторить, что известно о магнитном и электрическом полях, об электрических зарядах, строении вещества.

Занятие №6. Гипотеза, роль и место гипотезы в процессе познания.

Лекция.

Оборудование: микролаборатория “Электродинамика”.

Занятие №7.

Лекция.

Построение моделей в процессе познания.

Модель идеального газа

Модель строения Солнечной системы.

Модель строения атома и др.

Оборудование: используются видеофильмы или компьютерные модели.

Таблица “Агрегатные состояния вещества”, “Строение атома”, Плакат “Строение Солнечной системы”

Занятие №8.

Семинар.

Фундаментальные физические эксперименты

Оборудование: используются портреты ученых, сведения из учебников физики, “Хрестоматия по физики”, “Из истории физики и жизни ее творцов”.

Занятие №9. “Защита презентаций”.

Практическое занятие.

Оборудование:

Мультимедийный проектор, системный блок, экран.

Занятия №10-14. Физика практикум.

Лабораторная работа “Исследование зависимости средней скорости движения тела по наклонной плоскости от угла ее наклона”.

Измерение промежутков времени метрономом, электронными часами

Лабораторная работа “Определение средней квадратичной скорости молекул”.

Лабораторная работа “Наблюдение процесса роста кристаллов из раствора”.

Лабораторный эксперимент с творческим заданием.

Лабораторная работа “Определение удельного сопротивления материала школьного реостат (без разматывания)”.

Оборудование: микролаборатория “Механика”, микролаборатория “Электродинамика”, микролаборатория “Термодинамика”.

Занятие №15. Занимательные опыты по физике.

Демонстрации опытов учителем, учащиеся объясняют полученный результат.

Занятие №16. Конкурс экспериментов.

В ходе занятия учащиеся демонстрируют заранее подготовленные занимательные физические опыты. Оборудование к конкурсу определяется его участниками.

Занятие №17.

Лекция.

Предпроектная и проектная деятельность учащихся.

Оборудование: мультимедийный проектор, системный блок, экран.

Занятия №18-22.

Обработка последовательных этапов содержания проекта.

Семинарские занятия.

Оборудование: для подготовки занятий используется книга “Обучение для будущего”.

Занятие №23

Введение в тему “Физика в развитие космонавтики”.

Семинар.

Рекомендуемые номинации для самостоятельных исследований:

1. Научное наследие К.Э. Циолковского и других ученых.
2. Астрономия и физика космоса.
3. Русский космизм.
4. Космическая биология и медицина.
5. Этапы ракетостроения.
6. Космические корабли настоящего и будущего.