ВВЕДЕНИЕ
Перед учителем физики, как и перед учителями других предметов, стоит важнейшая задача: не только сообщить учащимся определенную сумму знаний, развивать их умения и навыки, но, главное, научить ребят применять полученные знания на практике. Этому во многом способствуют внеклассные занятия по предмету.
Внеклассные занятия углубляют и расширяют знании учащихся, полученные на уроке, повышают их интерес к предмету. Ознакомившись на занятии кружка, конференции или вечере с тем или иным явлением, ученик постарается глубже понять его суть, захочет почитать дополнительную литературу.
Внеклассные занятия приучают к самостоятельной творческой работе, развивают инициативу учащихся, вносят элементы исследования в их работу, содействуют выбору будущей профессии. Кроме того, они имеют большое воспитательное значение, способствуя развитию личности учащегося как члена коллектива, воспитывают чувство ответственности за порученное дело, готовят к трудовой деятельности.
Внеклассные занятия помогают учителю лучше узнать индивидуальные способности своих учеников, выявить среди них одаренных учащихся, проявляющих интерес к физике, и всячески направлять развитие этого интереса.
Необходимо отметить, что с внеклассных занятий на урок приходят новые формы работы. Сочетание классной и внеклассной форм работы обогащает урок, наполняет его новым содержанием, делает более интересным для учащихся.
Можно сформулировать следующие требования к внеклассной работе по физике.
Внеклассные занятия, углубляя и расширяя знания учащихся, не должны отвлекать их внимания от основного содержания учебной программы.
Необходима тесная связь учебно-воспитательной работы на Уроке и на внеклассных занятиях. Однако внеклассная работа не должна быть простым продолжением учебной работы. Планы внеклассных занятий могут отставать от планов учебных занятий или обгонять их.
Предлагаемый учащимся для изучения материал должен быть доступен им, соответствовать их возрасту, уровню развития.
Содержание внеклассных занятий и формы их организации должны быть всегда интересны учащимся. Любое дело, организуемое учителем с детьми, принесет им полное удовлетворение в том случае, если оно опирается на потребности самого ученика, если находит отклик в его переживаниях, чувствах, положительных эмоциях. Во внеклассной работе выполнению этого требования содействуют элементы занимательности, которые необходимы для здорового отдыха, хорошего настроения, жизнерадостной деятельности. Но неправильно основывать внеклассную работу только на принципе занимательности. Внеклассная работа по физике должна не развлекать школьника, а развивать и совершенствовать его личность.
Большое значение следует придавать самостоятельной работе учащихся по физическому эксперименту, как наиболее интересной для них форме работы. При этом учащихся надо ставить в условия исследователя, отыскивающего закономерности, важные в теоретическом или практическом отношении.
Должна осуществляться глубокая связь индивидуальной, групповой и коллективной работы.
Необходимо сочетание добровольности работы с обязательностью ее выполнения.
Внеклассные занятия не связаны обязательной программой. Их организуют и проводят с учетом запросов учащихся. При организации внеклассных занятий необходимо рационально использовать время учителя и учащихся. Поэтому очень важно до начала учебного года спланировать всю внеклассную работу, рассчитать необходимое для нее время в часах и календарных сроках. Такой план следует составлять в соответствии с желаниями и наклонностями учащихся и с учетом общешкольного годового плана. При планировании внеклассной работы полезно придерживаться следующего принципа: лучше меньше, но высокого качества.
Внеклассные занятия оказывают большое влияние на урок. Сведения, полученные на этих занятиях, позволяют ученику дополнять в классе ответы товарищей, приводить интересные примеры или выполнять трудные опыты.
Один из самых верных путей повышения качества обучения физике — установление тесной связи между классными и внеклассными занятиями. Ее можно осуществлять по-разному.
Ставить такие вопросы, чтобы у учащихся возникала необходимость более глубокого, чем это возможно на уроке, изучения материала. Затем на внеклассных занятиях изучить этот дополнительный материал, например, позволяющий учащимся ознако-
миться с историей физических открытий, с новыми обобщениями, новыми способами решения проблемы. А на последующих уроках заслушать выступления учащихся, подготовленные на внеклассных занятиях.
Предлагать задачи, допускающие различные способы решения, часть из которых анализировать на занятии кружка. Интересные способы решения члены кружка могут сообщить всему классу на следующих уроках.
Пособия и приборы, изготовленные учащимися на внеклассных занятиях, следует обязательно демонстрировать на уроках.
Поощрять использование на уроках и при выполнении домашних заданий умений, полученных на внеклассных занятиях.
Успех взаимосвязи урочных и внеклассных занятий во многом определяется их совместным планированием. Это позволяет полнее использовать резервы учебной работы по физике и не допускать перегрузки учащихся.
Правильное сочетание классной и внеклассной работы обеспечивает взаимное использование не только содержания, но форм и методов работы. При подготовке урока учитель может использовать формы работы, возникшие на внеклассных занятиях. Так, на уроки физики пришли конференции, дидактические игры, защита темы, диспуты и т. д. Обогатившиеся новыми формами и методами работы уроки стали более эффективными.
Но внеклассные занятия могут не только углублять и расширять программный материал, они могут быть посвящены темам, далеко выходящим за пределы программы школы. Например, конференция учащихся IX — X классов «Советские физики — лауреаты Нобелевской премии» или тематический вечер учащихся VII класса, посвященный использованию ядерной энергии, способствуют расширению кругозора учащихся, повышают их интерес к предмету. В этом случае не следует искать искусственных связей между классными и внеклассными занятиями.
Всякая внеклассная работа по физике должна учитываться и в конце, после ее завершения, получить оценку.
В тех случаях, когда учитель не ведет учета выполнения учениками добровольно взятой на себя работы, получается беспорядок: учащиеся часто не доводят работу до конца или выполняют ее крайне небрежно. Учет внеклассной работы надо вести систематически. Для этого учителю следует завести специальную тетрадь, в которую он будет записывать поручения, данные учащимся, промежуточные сроки выполнения работы, замечания по каждому этапу работы, относящиеся к ее качеству, и общую оценку работы. Все это дает возможность глубже узнать учеников, целенаправленно руководить их работой и постоянно воспитывать их.
Такую тетрадь может вести староста физического кружка, председатель школьного научного общества или ученик, ответственный за подготовку данного мероприятия.
При составлении доклада, решении задач или конструировании прибора ученик использует дополнительную литературу, изучает важные физические закономерности. Эта его работа должна учитываться при выставлении общей оценки по физике в конце четверти или учебного года. Ведь выполнение внеклассного задания по физике часто требует от ученика гораздо большей самостоятельной работы и затраты времени, чем выполнение очередного домашнего задания, оценку за которое, бесспорно, выставляют в журнал.
Оценка за внеклассную работу будет более значимой, если она явится результатом анализа каждого внеклассного мероприятия. Чтобы в обсуждении могли принимать активное участие желающие, необходимо ученику, выполнявшему конкретную работу, ознакомить с нею коллектив. Анализ качества проведения внеклассного мероприятия приучает каждого члена коллектива критически подходить к работе товарища, не повторять отмеченные при обсуждении ошибки. Открытые обсуждения внеклассного мероприятия повышают значимость и интерес к внеклассной работе.
Опыт проведения внеклассной работы по физике показывает, что она полезна не только для учащихся, но и для учителя: она помогает ему лучше узнать своих учеников, развивает его организаторские способности, заставляет быть в курсе последних достижений науки и техники, творчески работать над собой.
В этой книге описаны различные формы внеклассной работы по физике: физические вечера, конференции, устные журналы, выставки, физические игры и др.; рассказано об организации и методике проведения всех предлагаемых видов внеклассной работы; подобрана литература для подготовки того или иного мероприятия; даны планы некоторых выставок, конференций, отдельные разработки и указания по организации вечеров, экскурсий, декады физики в школе, школьных научных обществ по физике и др.
ГЛАВА I
ФИЗИЧЕСКИЕ КОНФЕРЕНЦИИ И ВЕЧЕРА
§ 1. НАУЧНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
В течение пяти лет изучают физику в средней школе. За это время учитель должен не только сообщить учащимся определенную сумму знаний, но и раскрыть перед ними поэзию этой важнейшей науки; показать необычайность и подчас кажущуюся невероятность многих ее выводов, красоту и логическую стройность физических теорий, всеобщность ее законов и их практическую ценность.
Итогом работы старшеклассников по изучению большой темы курса физики или учебного материала года может стать научная конференция учащихся.
Проведение конференции по физике в детском коллективе налагает на ее организацию ряд требований:
1. С целью повышения интереса слушателей и привлечения их внимания необходимо все доклады иллюстрировать, сопровождая их демонстрацией опытов, фрагментов кинофильмов, диапозитивов и пр.
2. Необходимо как можно более разнообразить методы работы участников конференции. Облекать конференции в форму научного симпозиума, совещания специалистов и т. д.; чередовать доклады с выступлениями заранее подготовленных оппонентов; продумать возможность широкого привлечения слушателей к активному участию в работе конференции.
3. Доклады и выступления ведущего должны быть образными и эмоциональными.
Залог успеха конференции, одного из самых трудных видов внеклассной работы, заключается в правильном выборе темы (с учетом ее актуальности для учащихся и их желания), в четком распределении обязанностей в сочетании добровольности в выборе работы самими учащимися с обязательностью ее выполнения, в наличии постоянного контроля и учета работы.
Методика подготовки и проведения конференции может быть различна в зависимости от темы и целей конференции.
I. КОНФЕРЕНЦИИ, ОРГАНИЗУЕМЫЕ В ТРАДИЦИОННОЙ ФОРМЕ
Эти конференции проводят в форме чередующихся докладов учащихся с широким использованием демонстраций, кинофильмов и т. д.
Для таких конференций следует выбирать темы, не только углубляющие знания учащихся и дающие возможность повторить ряд вопросов программы, но и несущие новую информацию.
Подготовку конференции начинают с проведения организационного собрания будущих ее участников, где утверждают тему конференции, распределяют конкретные обязанности.
Над каждым докладом целесообразно работать группой из пяти человек: один готовит доклад; второй подбирает литературу для выставки и, главное, интересные примеры и иллюстрации из журналов; третий подготавливает эксперимент; четвертый оформляет иллюстрации и чертежи к докладу; пятый подбирает и демонстрирует на конференции кино- и диафильмы и т. д.
Через 1 — 2 недели после собрания члены каждой пятерки вместе обсуждают подготовленный материал и составляют под руководством учителя программу конференции и таблицу-план подготовки и ее проведения. Приведем примеры двух конференций:
1. Физики — лауреаты Нобелевской премии.
2. Роль эксперимента в науке.
Физики — лауреаты Нобелевской премии
Таблица 1
Несколько разъяснений и дополнений к программе конференции. Ведущий конференции в детском коллективе — это не просто конферансье, объявляющий доклады. Своими краткими выступлениями перед каждым докладом он объединяет их в единое целое и привлекает внимание слушателей к наиболее важным моментам.
На собрании актива участников конференции следует обсудить, кого из ученых можно пригласить на конференцию. (Хорошо, если это будет один из родителей учащихся.) Если невозможно пригласить ученого, то следует послать ему письмо с рядом вопросов. Очень интересно, если ученый пришлет в школу магнитофонную запись своих ответов. Если придет в школу письменный ответ ученого, организаторы конференции могут сами записать его на магнитофон. Прослушивание записи внесет разнообразие в ход конференции, привлечет большее внимание учащихся.
Зал, где проходит конференция, следует оформить плакатами, рисунками, портретами ученых.
Конференция должна иметь свой орган печати — стенную газету.
Интересно подготовить выставку научно-популярной литературы по теме конференции, с которой учащиеся смогут ознакомиться перед началом работы или в перерыве между двумя отделениями. После закрытия конференции выставку следует перенести в библиотеку или физический кабинет.
Очень важным этапом работы конференции является наличие обратной связи ее участников с докладчиками. Один из путей решения этой важной задачи — проведение тематической викторины. Для этого возможны разные варианты: а) ведущий предлагает участникам ряд интересных вопросов. Победителя определяет жюри; б) в различных частях зала проводят сразу несколько викторин, включающих не только качественные, но и экспериментальные задания. В обоих случаях викторина проводится в заключение вечера, и ее победителей награждают.
Чтобы не затянуть конференцию, необходимо заранее спланировать все ее этапы во времени и проверить на репетиции.
Примечание. Во вступительном слове и далее, в ходе конференции, ве-дущий, естественно, не может рассказать слушателям о работах всех лауреатвв-физиков. Следует Котя бы кратко остановиться на тех ученых, чьи открытия не только нашли широкое применение в науке и технике, но и связаны с изучаемым в школьном курсе физики. В ряде таких случаев можно продемонстрировать учащимся интересные опыты.
1. В 1906 г. Джозефу Джону Томсону присуждена премия за исследования прохождения электричества через газы (опыты по ионизации газа, по свечению разреженного газа и др.).
2. В 1913 г. Хейке Камерлинг-Оннесу присуждена премия за исследования свойств тел при низких температурах и получение жидкого гелия (опыты с жидкими газами).
3. В 1921 г. Альберт Эйнштейн получил премию за важные исследования, особенно в области открытия законов фотоэффекта (опыты по фотоэффекту или демонстрация фрагментов из к/ф «Фотоэффект»).
4. 1928 г. Оуэн Ричардсон получил премию за работы по термоэлектронной эмиссии (опыты с демонстрационным диодом).
5. 1956 г. Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн получили премию за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта (опыты с диодами и транзисторами из школьного набора полупроводников).
Литература для докладов, перечень экспериментов и материалов для оформления, список диа- и кинофильмов приведены в таблице 2.
Приведем возможный вариант содержания вступительного слова ведущего.
Каждый год поздней осенью в столице Швеции — Стокгольме вручают Нобелевские премии за наиболее выдающиеся научные открытия в области физики, химии, биологии, медицины, литературы. Нобелевские премии пользуются большим авторитетом во всем мире. По сложившейся традиции они высшая оценка заслуг ученого.
10 декабря 1896 г. мир был взбудоражен известием о смерти Альфреда Нобеля, вероятно, самого богатого тогда человека в Европе. В этот день газеты перечисляли его многочисленные почетные титулы, ученые звания и ордена. Немалое любопытство вызвал вопрос: кому перейдут 93 предприятия Нобеля, созданные им почти во всех странах мира, его поместья в Шотландии и Швейцарии, Италии и Франции; ценные бумаги, хранившиеся в банках Лондона, Цюриха, Женевы, Вены? Беспокоились наследники, беспокоилась печать; общественность ждала, когда будет опубликован текст завещания.
Альфред Нобель был известен как талантливый химик, полиглот, широко образованный человек. Он изобретатель бездымного пороха, динамита, газосварки, искусственного шелка, гуттаперчи.
Вся семья Нобелей (отец Эммануэль и три сына Роберт, Людвиг, Альфред) — изобретатели, ученые, промышленники. Эммануэль Нобель (1801 — 1872) был изобретателем подводных мин, производством которых он сумел заинтересовать морское министерство России. В 1842 — 1859 гг. он жил в Петербурге, где организовал собственный механический завод. Унаследованное от отца предприятие Людвиг Нобель (талантливый инженер и деловой предприниматель) развил в крупный машиностроительный завод, изготовлявший паровые машины, нефтяное оборудование, различные двигатели (ныне это завод «Русский дизель»).
В 1876 г. братья основали нефтяные предприятия в Баку, так называемое «товарищество братьев Нобель», которое вскоре стало крупнейшей нефтяной фирмой, благодаря уму и изобретательности братьев Нобель, так как они развили переработку нефти, реорганизовали ее транспортировку, заменив перевозку в бочках перекачкой по трубопроводам, впервые применили нефтеналивные суда.
Альфред Нобель (1833 — 1896) был организатором и владельцем предприятий по производству динамита, которые действовали в Англии, Германии, Италии, Франции, Испании и т. д. Он был членом Лондонского королевского общества и Шведской Академии наук. Его изобретения имели огромное значение для горного, строительного, дорожного дела. Но больше, чем его технические достижения, стал известен миру составленный им незадолго до смерти документ, не содержащий ни схем, ни формул, ни чертежей, его знаменитое завещание. Оно гласило (текст завещания следует заранее записать на магнитофон)1;
«Я, нижеподписавшийся Альфред Бернхард Нобель, после зрелого размышления настоящим заявляю: ...все мое оставшееся имущество должно быть вложено в надежные бумаги и будет составлять фонд, проценты с которого будут ежегодно распределяться в форме премий тем, кто в течение предшествующего года принес наибольшую пользу человечеству...
Проценты должны быть поделены на пять частей, которые распределяются следующим образом: одна часть — тому, кто сделает наиболее важное открытие или изобретение в области физики; одна — тому, кто сделает наиболее важное открытие или усовершенствование в области химии; одна — тому, кто сделает важное открытие в области физиологии или медицины; одна — тому, кто в области литературы создаст наиболее выдающуюся работу...; и одна — тому, кто внесет наибольший или наилучший вклад в дело, способствующее уничтожению или сокращению существующих армий, поддержке и поощрению мирных конгрессов...
...Мое особое желание, чтобы при присуждении премий не принималась во внимание национальность кандидатов, какова бы она ни была, и чтобы премию получал наиболее достойный, будь он скандинав или нет».
После смерти Нобеля его состояние было превращено в деньги и ценные бумаги. Общая стоимость их составила около 31 млн. шведских крон, из которых был создан Главный Нобелевский фонд. Ежегодно десятая часть получаемой прибыли используется на приращение Главного фонда, четверть оставшейся суммы направляется на покрытие расходов, связанных с присуждением премий, а остальная часть идет награжденным и делится на 5 равных частей.
Как происходит отбор кандидатов — соискателей Нобелевской премии? Их выдвигают научные учреждения многих стран и ученые, пользующиеся мировой известностью. Выявление же наиболее выдающихся работ, удостаиваемых награды, производится в самой Швеции. Академия наук рассматривает и присуждает премии в области физики и химии; Каролинский медико-хирургический институт в Стокгольме — по медицине и физиологии; Шведская академия литературы отмечает литературные произведения. Решения о премии за деятельность по укреплению мира принимает комитет из 5 человек, избираемый норвежским парламентом. Нобелевская премия может присуждаться только за опубликованные работы одному или нескольким лицам (не более трех человек), а премии «за сохранение мира» и организациям. В случае награждения одной премией нескольких лиц она делится поровну.
Вручение премий происходит ежегодно в Стокгольме 10 декабря, в День Нобеля, торжественно отмечаемый в Швеции. По этому случаю в центре столицы в Большом зале Концертного дома, украшенном букетами живых цветов, собирается свыше двух тысяч человек — члены королевской семьи и правительства, видные шведские ученые и писатели, дипломаты, представители печати, радио и телевидения. Пышная церемония начинается со вступительной речи маршала королевского двора. После нее члены Нобелевского комитета представляют присутствующим лауреатов и рассказывают об их заслугах. Затем под звуки фанфар лауреаты один за другим поднимаются по ступеням к королю Швеции и получают из его рук золотую медаль с изображением А. Нобеля и соответствующей надписью и диплом. Присутствующие, стоя, аплодисментами приветствуют награжденных. Вечером в Золотом зале Стокгольмской ратуши в честь новых лауреатов устраивают прием. В последующие дни каждый получивший Нобелевскую премию должен выступить с публичной лекцией о своей работе в одном из научных учреждений Швеции.
План проведения конференции „Физики — лауреаты Нобелевской премии" (...)
Награждение премиями Нобеля производится с 1901 г. Ее получили многие известные ученые всего мира в области химии: Эрнст Резерфорд (1908 г.), Фредерик и Ирен Жолио-Кюри (1935 г.), советский ученый Н. Н. Семенов (1956 г.). Среди получивших премии по медицине и физиологии — выдающиеся русские ученые И. П. Павлов (1904 г.) и И. И. Мечников (1908 г.), в области литературы — известный советский писатель М. А. Шолохов (1965 г.).
Интересно отметить, что Резерфорду и супругам Жолио-Кюри Нобелевскую премию присудили по химии, хотя открытия этих ученых были основополагающими в физике нашего времени. Причина заключалась в том, что их открытия в свое время не могли быть точно классифицированы жюри как относящиеся к области физики или химии. В Нобелевской лекции Э. Резерфорд сказал: «Я имею дело со многими превращениями, которые изучал в разные годы жизни, но самое замечательное превращение заключалось в том, что я в один миг превратился из физика в химика».
(Далее ведущий останавливается на работах великих физиков, руководствуясь примечанием к плану конференции, с. 10.)
Я познакомил вас с некоторыми лауреатами Нобелевских премий, чьи выдающиеся заслуги в области физики оказали огромное влияние на развитие науки во всем мире. А. Нобель дал миру много важных открытий, но главным делом его жизни стало награждение лучших мира.
А. Нобель — это человек, жизнь которого — сплошные контрасты. Изобретатель страшного оружия и борец за мир; крупный капиталист и человек, завещавший свое состояние людям; человек, окруженный тысячами помощников на сотнях собственных предприятий во многих странах мира, и одинокий человек без семьи и настоящих друзей. Альфред Нобель сделал великое дело, благодаря ему весь мир ежегодно узнает о лучших из лучших физиках мира.
Сегодня, на конференции, мы сумеем подробно узнать лишь о некоторых из них (перечисляет тех, которые указаны в таблице 2).
Роль эксперимента в науке
Содержание науки физики включает объективные возможности для формирования познавательных интересов учащихся. Одна из них — экспериментальное обоснование основных научных положений.
Мы хотим обратить внимание учителя не на постановку еще одного, пусть даже красивого и важного опыта на уроке или внеклассном занятии, а на большое воспитательное воздействие эксперимента на учащихся, связанное с развитием их интересов и активизацией познавательной деятельности. Учащиеся обычно
с уважением относятся к предмету, где каждое положение доказуемо. Вместе с тем они часто убеждены в легкости открытия законов и оценивают опыты на уроках только по их занимательности. Цель приводимой ниже конференции — показать учащимся значение экспериментального метода исследования, его связь с теорией и практикой.
Академик П. Л. Капица в статье из сборника «Эксперимент, теория, практика» (М. «Наука», 1974, с. 91 — 96) указывает, что гармоническое развитие теории, эксперимента и практики абсолютно необходимо во всех областях естествознания. Еще Кельвин сравнивал теорию с жерновами, а опытные данные — с зерном, которое засыпается в эти жернова. Совершенно ясно, что одни жернова, сколько бы ни крутились, ничего полезного дать не смогут. Но качество муки определяется качеством зерна, поэтому высокое качество эксперимента является необходимым условием развития науки. Приводя шутливый афоризм героини одного из американских романов «Любовь — это хорошая вещь, но золотой браслет остается навсегда», П. Л. Капица утверждает: «Теория — это хорошая вещь, но правильный эксперимент остается навсегда».
На конференции не следует противопоставлять друг другу теоретический и экспериментальный методы. Рассматривая в докладах огромную важность опыта-эксперимента в истории развития физики, нужно подчеркнуть и большое значение теоретических исследований (открытий на кончике пера).
Подготовку конференции можно начать с проведения анкеты среди учащихся IX — X классов — будущих участников конференции.
Возможные вопросы такой анкеты:
1. Что надо понимать под словами «физический опыт»?
2. Может ли какой-нибудь эксперимент изменить наши представления о законах физики?
3. Считаете ли вы, что можно построить физическую теорию, не прибегая к эксперименту?
4. Какие эксперименты привели к созданию новых областей в физике?
5. Что такое мысленный эксперимент? Можно ли его считать действительно экспериментом?
6. Можно ли поставить абсолютно точные опыты?
Заполнение анкеты поможет учащимся настроиться на участие в конференции, обдумать неясные для себя вопросы, побудит их обратиться к научно-популярной литературе, глубже вникнуть в суть будущих докладов.
Организаторы конференции должны проанализировать вопросы и учесть ответы при составлении плана конференции.
Для оформления зала, где будет проходить конференция, можно использовать следующие плакаты:
От живого созерцания к абстрактному мышлению и от него к практике — таков диалектический путь познания истины, познания объективной реальности.
В. И. Ленин
Опыт ценнее тысячи мнений, рожденных воображением.
М. В. Ломоносов
Мудрость — дочь опыта. Опыт никогда не ошибается, а ошибаются толь* ко суждения ваши, которые ждут от него вещей, не находящихся в его власти.
Леонардо да Винчи
Верховным судьей всякой физической теории является опыт.
Л. Д. Ландау
Источник всякой науки есть опыт.
Ю. Либих
Следует воздержаться от рассуждений, когда говорит эксперимент.
А. Левенгук
Теория, не проверяемая опытом, при всей красоте концепции теряет вес, не признается.
Д. И. Менделеев
В экспериментальных работах надо сомневаться до тех пор, пока факты не заставляют отказаться от всяких сомнений.
Л. Пастер
Эксперименты без теоретических умозрений или умозрения без экспериментов значат весьма немного, для действительного прогресса необходимо счастливое сочетание того и другого.
Э. Резерфорд
План проведения конференции
Отметим, что мы не даем распределения докладов по времени, так как считаем, что весь приводимый нами материал заведомо велик для одной конференции, но учитель всегда сможет выбрать тот, который больше всего отвечает уровню развития учащихся школы, наличию приборов в кабинете и т. д. Кроме того, варианты примеров, приводимые в плане для подтверждения выдвигаемых положений, могут быть также различны в зависимости от желания организаторов конференции.
Выступление ведущего об истории развития экспериментального метода исследования в науке, о его месте и значении в открытиях в области физики
(Здесь и дальше приводим не полное содержание выступлений учащихся, а развернутые тезисы, подчеркивая те моменты, на которые докладчик должен обратить особое внимание.)
Хотя сознательно поставленный эксперимент берет свое начало еще с Галилея и Гильберта, лишь с конца XVIII в. и в основном в XIX в. лабораторный эксперимент стал основным орудием развития естествознания и определил бурное развитие науки, в особенности физики, за последние 150 лет.
Сами слова «физический опыт» включают в себя и наблюдения в природе, и лабораторные эксперименты, и жизненный опыт многих поколений. На конференции речь пойдет в основном только о лабораторном эксперименте.
Приводя некоторые данные из анкет учащихся, ведущий отмечает, что многие из сидящих в зале интересуются постановкой и наблюдением физически опытов. (Здесь следует продемонстрировать красивые и интересные опыты, например: явление люминесценции, электрическую дугу под водой, опыты с генератором УКВ или трансформатором Тесла.)
Подводя итоги опытам, ведущий объясняет, что они должны привлекать учащихся не только своей внешней стороной: эксперимент — это ворота в науку!
Попытаемся представить себе нашего предка, жившего, к примеру, три — пять тысяч лет назад. Он восстает из глубины седых веков по-современному красивым и смелым, совсем не беспомощным перед силами природы. Он создает грандиозные сооружения, до сих пор восхищающие своими масштабами и прочностью: египетские пирамиды, сфинксы, греческие храмы пережили потрясения средневековья, выстояли в долгом противоборстве с силами стихий и до сих пор рождают в современниках тревожное чувство сопричастности к вечной истории человечества. Строители древности обладали громадной интуицией, богатым опытом и высоким профессиональным мастерством.
Сами того не зная, древние поставили тысячи «натурных» экспериментов. Лишь одно глухое свидетельство о неудачном результате такого эксперимента донеслось до нас сквозь толщи веков — рассказ о крушении вавилонской башни.
Выходит, не существовало тогда и самой науки? Неужели острый ум, память и опыт древних оставили без внимания закономерности, существующие в природе? Неужели не заметил никто, что кровавый закат сулит ветер, а приземленный полет птиц — дождь? Неужели никто не пошел дальше и не попытался объяснить, почему плавает лодка, почему рычаг поднимает большой груз, не попробовал вскрыть причины явлений? Человечество нуждалось в думающих людях, а практика давала этим людям возможность думать над интересными проблемами. Но ученые, в основном патриции, считали для себя унизительным работать, эксперимент — это удел плебеев. Такая наука не могла принести пользы технике, она существовала порознь от техники, которая испытывала жгучий недостаток в научных исследованиях.
Так и сложилась известная ситуация, получившая название: «Одни творят, но не знают, другие знают, но не творят». Техника шла своим путем, путем накопления опыта, путем проб и ошибок, путем натурного эксперимента.
Первым человеком, который занялся исследованием конкретных проблем и явлений, был Архимед. Архимед построил мосты собственной конструкции. Под его руководством были воздвигнуты дамбы для регулировки разливов рек. Он изобрел винт для подъема воды, разработал методы расчетов площадей и объемов, распределения нагрузок между опорами балок, открыл условия равновесия плавающих тел... Архимед отличался тем, что был мыслителем-ученым, применявшим результаты своих научных изысканий и экспериментов в инженерной практике.
Натурные эксперименты получили свое дальнейшее развитие в эпоху Возрождения. «Мудрость — дочь опыта, — утверждал Леонардо да Винчи. — Опыт никогда не ошибается, ошибаются только суждения ваши, которые ждут от него вещей, не находящихся в его власти». «Наука — полководец, — учил Леонардо да Винчи, — а практика — солдаты».
(Здесь ведущий приводит примеры работ инженеров и ученых этой эпохи, которую Энгельс назвал «эпохой титанов».)
Новый индуктивный метод в науке впервые был применен придворным врачом английской королевы Елизаветы Вильямом Гильбертом. В своей книге «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земля», вышедшей в 1600 г., он описал более 600 специально поставленных экспериментов над магнитными телами, которые привели его к чрезвычайно важному и потрясающему для современников выводу о том, что Земля представляет собой гигантский сферический магнит. Многих потрясли выводы Гильберта, и даже Галилей сказал, что они «достойны удивления». Галилей высоко оценил роль Гильберта в развитии экспериментального научного метода. Но Галилей пошел дальше — он обратил этот метод на задачи, вытекающие из практики, на технические задачи.
Галилея считают ученым, который положил начало экспериментальной физике.
ЛИТЕРАТУРА
Капица П. Л. Эксперимент, теория, практика. М., «Наука», 1974.
Карцев В. /7. Эксперимент и практика. М., «Знание», 1974.
Семенов Н. Н. Наука и общество. М., «Наука», 1973.
Фейнман Р. В поисках новых законов. — В кн.: Характер физических законов. М., «Мир», 1968.
Храмович М. А. Научный эксперимент и его роль в познании. Минск, 1972.
Доклад о Галилее — основоположнике научного эксперимента
Рассказывая о жизни и научной деятельности великого ученого, необходимо подчеркнуть, что Галилей разработал и положил в основу науки экспериментальный метод исследования природы. Установление этого метода и явилось началом развития естествознания — самостоятельной системы наук о природе.
Все выводы Галилея, его метод не были забыты или потеряны в истории развития науки. Наоборот, они были признаны, многократно проверены и уточнены многими исследователями. Его труды основаны на данных теории, выверенной экспериментом и выдержавшей испытание практикой,
Интересно рассказать учащимся, что американские космонавты, высадившись на Луне, повторили опыты Галилея по обнаружению одновременности падения тел неравной массы с одинаковой высоты. (Оформлением к докладу может служить диафильм «Галилео Галилей».)
ЛИТЕРАТУРА
Голованов Я. Этюды об ученых. М., «Молодая гвардия», 1970.
Огородников К. Хочу все знать. Л., «Детская литература», 1968.
Кузнецов Б. Галилей. М., «Наука», 1969.
Штекли А. Галилей. М., «Молодая гвардия», 1972.
Эксперимент и фундаментальные физические законы
Фундаментальная научная теория получает свое окончательное признание или отвергается лишь после того, как она проверена экспериментами. Эксперимент в конечном счете верховный судья любой физической теории, любой научной гипотезы.
Опыты Перрена, Эрстеда, Герца, Лебедева и многие другие — примеры экспериментов, подтверждающих фундаментальные физические законы. В докладе можно привести обзор этих опытов и подробно остановиться на экспериментальных исследованиях Лебедева, которые по своей сложности и тонкости считаются уникальными.
Жизнь и деятельность П. Н. Лебедева являются ярким примером самоотверженного служения науке. Современник Лебедева, большой русский ученый Н. А. Умов, писал, что отличительной чертой работ Петра Николаевича было то, что они велись в областях природы, недосягаемых для большого эксперимента.
Останавливаясь на важнейшей научной задаче обнаружения давления света, необходимо подчеркнуть трудности ее решения. Тогда необыкновенная тонкость и уникальность опытов Лебедева станет понятна учащимся.
Существование конвекционных токов и радиометрических сил приводило в отчаяние физиков-экспериментаторов, пытавшихся обнаружить световое давление. По словам К. А. Тимирязева, Лебедев был могучим богатырем, который в каждом препятствии видел только вызов к борьбе.
В сообщении интересно рассказать о предложенных Лебедевым способах борьбы с конвекционными токами и радиометрическими силами, продемонстрировать действие радиометра, привести схемы и рисунки применяемых для опыта установок.
Фундаментальность опытов Лебедева можно подчеркнуть словами известного физика Вильяма Томсона (эти слова лучше предварительно записать на магнитофон): «Вы, может быть, знаете, что я всю жизнь воевал с Максвеллом, не признавая его светового давления, и вот ваш Лебедев заставил меня сдаться перед его опытами».
В докладе необходимо отметить научное и мировоззренческое значение открытия светового давления.
Большой интерес и несомненное воспитательное значение будет иметь для учащихся рассказ о работах Фарадея по электромагнетизму. 11 лет упорнейших трудов отделяют работы Ампера о притяжении параллельных токов от открытия Фарадеем электромагнитной индукции. (В Королевском институте в Лондоне установлен памятник Фарадею с многострадальной катушкой в руках.)
В докладе целесообразно провести анализ неудач эксперимента Ампера, связанного с открытием явления электромагнитной индукции, и подчеркнуть важность тщательности и продуманности опыта.
Несмотря на известность учащимся основных опытов по открытию индукционного тока, можно проиллюстрировать доклад серией вариантов этих опытов (относительное перемещение магнита или электромагнита и катушки, подключенной к гальванометру, замыкание и размыкание тока в цепи электромагнита, изменение величины тока в этой цепи с помощью реостата, опыты с катушкой Томсона и др.). Сравнивая результаты опытов, учащиеся убеждаются в необходимости и важности эксперимен-fa, сами получают возможность как бы следовать за мыслью ученого, приобщаясь к таинству открытия.
ЛИТЕРАТУРА
Бублейников Ф., Веселовский И. Физика и опыт. М., «Просвещение», 1970.
Григорьев В., Мякишев Г. Силы в природе. М., «Наука», 1973.
Ливанова А. Физики о физиках. М., «Молодая гвардия», 1968.
Липсон Г. Великие эксперименты в физике. М., «Мир», 1972.
Мэрион Дж. Физика и физический мир. М., «Мир», 1975.
Эксперименты, приводящие к открытию новых законов (экспериментальные законы в физике)
В физике, как и в других науках, многие законы были установлены в результате многократных экспериментов по исследованию зависимостей между различными физическими величинами. К этим экспериментальным законам относятся закон Паскаля, законы Ньютана, законы термодинамики и электрического тока, газовые законы и многие другие.
Цель данного доклада не только рассказать учащимся об открытии физических законов и явлений, но и найти способы настолько приблизить эти явления к ученикам, чтобы они стали вместе с докладчиком их исследователями.
В качестве примеров можно выбрать эксперименты, которые привели к открытию закона Ома и законов фотоэффекта.
Открытие соотношения между величиной тока в цепи и напряжением представляет собой пример успешных поисков, основанных на планомерно поставленном эксперименте. Георг Ом, немецкий школьный учитель, приступил к поискам такого соотношения в 1820 г.
В своих исследованиях он шел от опыта к теории, а от теории снова, для проверки, к опыту. К этому научному методу Ом пришел, конечно, стихийно, но именно этот метод позволил ученому открыть важнейший закон физики.
Исследования зависимости силы тока от «электровозбудитель-ной силы» и проводимости проводника он начал с опыта. Источником тока у Ома служила термопара, составленная из висмута и меди. Величину тока регистрировал прибор, напоминающий крутильные весы Кулона (рис. 1). Главной же частью была магнитная стрелка, отклоняющаяся под действием магнитного поля тока. «Электровозбудительная сила» менялась за счет изменений температуры нагретого слоя термопары. Меняя включаемые в цепь проводники, Ом пришел к выводу, что сила тока в замкнутой цепи пропорциональна электроскопической силе (в других его работах «электровозбудительная сила») и обратно пропорциональна редуцированной длине, которую сам Ом позднее назвал сопротивлением.
В своей основной работе «Гальваническая цепь, разработанная математически» сначала Ом выводит формулу закона:
где х — сила тока, а — напряжение на концах проводника, со — поперечное сечение, / — длина, k — проводимость проводника.
Эта формула почти не отличается от современной формулы закона Ома для участка цепи. Дальше Ом описывает математические исследования гальванической цепи с источником тока.
В истории открытия закона Ома интересен не только ход мыслей автора, но и его метод: опыт — теория — опыт. Чтобы понять заслуги Ома в науке, следует учесть обстановку, в которой проходила его работа.
Основным философским учением в Германии того времени была идеалистическая система Гегеля. Согласно ей истину надо было искать только в мыслях, а не на опыте. Главное — идея, а не природа. Именно поэтому работы Ома не нашли признания у его современников. Сам Ом считался опасным противником идеалистов. Он нашел истину в опыте и мог пропагандировать это с кафедры университета, поэтому его не допускали к преподаванию в высшей школе. Ом получил репетиторские часы математики в военной школе, потом в Нюрнберге в политехнической школе. Через 22 года после выхода его книги «Гальваническая цепь» знаменитый во всем мире ученый был назначен хранителем физико-математического музея при Мюнхенской Академии наук с обязательством читать лекции по математике и физике в университете. Такое обилие обязанностей, конечно, мешало научной деятельности Ома. И только в 1852 г., за два года до смерти, он получил университетскую кафедру.
Докладчику следует остановиться на значении закона Ома для развития электротехники.
В конце сообщения можно привести известную в методике демонстрацию зависимости сопротивления от длины, сечения и материала проводника. Для этого надо собрать цепь, изображенную на рисунке 2. Исследуемым проводником здесь служит струя раствора поваренной соли или другого электролита. Показания амперметра изменяются в зависимости от длины и сечения струи, а также от рода и концентрации электролита.
Для конференции учащиеся могут изготовить модель прибора Ома.
ЛИТЕРАТУРА
Блудов М. И. Беседы по физике. Ч. II. М., «Просвещение», 1973.
Кудрявцев П. С. Курс истории физики. М., «Просвещение», 1974.
Роджерс Э. Физика для любознательных. Т. 3. М., «Мир», 1971.
Примечание. Две книги, которые указаны в списке литературы (Э. Роджерса и М. И. Блудова), содержат противоречивые сведения относительно признания заслуг Ома в Германии его современниками и обстановки, сложившейся вокруг его работ. В «Беседах по физике» автор утверждает, чго работу Ома встретили в Германии очень хорошо (с. 72). Роджерс (с. 47) указывает, что книга, излагающая метод экспериментирования по заранее намеченному плану... в эпоху увлечения философией... была встречена насмешками. Здесь же приводится отрывок из книги Л. У. Тейлора (Physics, The Pioneer Science: «...министр просвещения высказал мнение, что физик, проповедующий подобную ересь, недостоин преподавать естественные науки».
Мы считаем подобную трактовку более верной, но сочли нужным привести для учителя и учащихся обе книги, так как в «Беседах по физике» более подробно описаны опыты Ома и их результаты.
Содержание приведенного нами выше материала опиралось на данные диссертационной работы В. Ф. Лежейко «История открытия закона Ома» (ЛГПИ им. А. И. Герцена, 1953).
К экспериментальным законам относятся и законы фотоэффекта, открытые А. Г. Столетовым.
Описание классических опытов Столетова, обнаруживающих само явление фотоэффекта и устанавливающих его закономерности, можно сопровождать известной демонстрацией с цинковой пластиной. Очень интересны для учащихся опыты, доказывающие безынерционность фотоэффекта и наличие его красной границы.
Целесообразно использовать на конференции фрагменты из кинофильма «Фотоэффект». Кроме того, интересно записать на магнитофонную ленту выдержки из сочинений А. Г. Столетова. Использование последних значительно оживляет сообщение ученика, придает ему эмоциональную окраску.
В докладе необходимо подчеркнуть, что Столетов был исключительно тонким экспериментатором, учитывающим возможные ошибки и случайности, не допускающим никаких гаданий, неуверенности, поверхностности. Его работы — образец научной достоверности.
ЛИТЕРАТУРА
Келер В. Возвращение чародея. М., «Детская литература», 1970.
Масловский В. И. Система эксперимента при изучении фотоэффекта — «Физика в школе», 1968, № 1.
Тепляков Г. М., Кудрявцев П. С. Александр Григорьевич Столетов. М., «Просвещение», 1966.
Рассказ об одном из лучших экспериментаторов мира — властелине точности Альберте Майкельсоне
Мы часто встречаемся со словами, которые, сохранив в себе память о людях, стали нарицательными. Они вошли в таблицы как названия физических величин, теорий, формул, экспериментов, ставших классическими. Одним из таких экспериментов является опыт Майкельсона. С точностью, поражающей и сейчас, А. Майкельсон сделал, казалось бы, невозможное: определил скорость света. Про него говорят, что он был рожден, чтобы стать великим экспериментатором. Упорный и расчетливый, он мог ставить одну серию опытов за другой и был счастлив, когда находил у себя ошибки: тогда у него появлялась возможность повторить опыт.
Для рассказа о сути опыта Майкельсона интересно изготовить макет, изображающий горы Сан-Антонио и Вильсона, на котором
следует установить модели всех основных приборов, необходимых для опыта, и с помощью цветных нитей показать ход лучей света.
ЛИТЕРАТУРА
Орир Дж. Популярная физика. М., «Мир», 1969.
Репин JI. Люди и формулы. М., «Молодая гвардия», 1972.
Мысленный эксперимент
В науке существует категория мысленного эксперимента. К нему чаще всего прибегают ученые в фундаментальных теоретических исследованиях.
Примерами для доклада учащихся могут служить мысленные эксперименты А. Эйнштейна об относительности одновременности событий на примере наблюдения ударов двух молний, мысленные опыты с участием двух близнецов, которые сверяют свои часы перед отправкой одного из них в длительное космическое путешествие.
Мысленным экспериментам можно придать количественный характер. Рассчитано, что путешествие до туманности Андромеды займет 29 лет, а по земным часам пройдет почти 3 миллиона лет! Рассказ о таких экспериментах необходимо сопровождать иллюстрациями, образцы которых можно найти в предлагаемой литературе.
ЛИТЕРАТУРА
Блудов М. И. Беседы по физике, Ч. III. М., «Просвещение», 1974.
Гарднер М. Теория относительности для миллионов. М., Атомиздат, 1967.
Дынин Б. Взаимосвязь наблюдения, теории и эксперимента в физике. — Сб. «Человек, творчество, наука» (Мир глазами молодого ученого). М., «Наука», 1967.
Эксперимент, подтверждающий физические теории
Физические теории (если они, конечно, научно обоснованные теории) всегда подтверждаются экспериментом, какими бы смелыми и удивительными они ни являлись.
В 1924 г. молодой французский физик Луи де Бройль высказал предположение о волновых свойствах электрона и даже определил длину его волны. По признанию самого де Бройля, его открытие было встречено с удивлением и недоверием. В 1927 г. теория де Бройля была экспериментально обоснована опытами Дэвиссона и Джермера, несколько позднее — опытом Томсона, Тартаковского и др.
Особенно интересно показать в докладе возможность экспериментального подтверждения теорий, которые, казалось бы,
противоречат здравому смыслу. Так, теория относительности утверждает постоянство скорости света в любой системе отсчета:
с + v = с.
Этот важнейший научный принцип может быть обоснован результатами астрономических наблюдений за движением двойных звезд и спутников Юпитера.
Здесь еще раз необходимо указать на широкое понятие физического опыта: от веками накопленных людьми фактов до мысленного и лабораторного эксперимента ученого и астрономических наблюдений.
ЛИТЕРАТУРА
Бройль Луи де. Революция в физике. М., Атомиздат, 1965.
Данин Д. Неизбежность странного мира. М., «Молодая гвардия», 1966.
Китайгородский А. Введение в физику. М., Физматгиз, 1973.
Тригг Дж. Решающие эксперименты в современной физике. М., «Мир», 1974.
Экспериментальные подтверждения научных гипотез
Эксперимент, подтверждающий научную гипотезу, может намного отставать от выдвижения самой гипотезы.
Прежде чем обосновывать выдвинутое положение, следует привести примеры неправильных научных гипотез. Это только поднимает в глазах учащихся значение физики как экспериментальной науки. Например, с 1919 по 1932 г. физики считали справедливой протонно-электронную модель атомного ядра. И только после открытия нейтрона эта неверная модель была заменена современной протонно-нейтронной моделью ядра.
История физики знает примеры, когда научное предположение от его опытного обоснования отделялось интервалом времени в десятки или сотни лет. Так, существование атомов было предсказано древними греками, а опытные доказательства этому получили только в XIX в.
Особенно интересно рассказать учащимся об одной из самых удивительных элементарных частиц — нейтрино.
В 1931 г. ее существование было предсказано швейцарским физиком В. Паули. После открытия нейтрона Дж. Чадвиком в 1932 г. Э. Ферми предложил назвать предсказанную частицу «нейтрино» (уменьшительное от нейтрон). И только в 1956 г. после строгих экспериментов американских ученых Райнеса и Коуэна были получены экспериментальные данные о существовании нейтрино. (В докладе следует отметить большие трудности в экспериментальном обнаружении нейтрино.)
Необходимо учесть, что учащиеся IX — X классов, слушатели конференции, естественно, не обладают глубокими знаниями в области элементарных частиц. Поэтому содержание предлагав
емого доклада должно носить в основном описательный характер, однако знания учащихся из курса физики VII класса и курсов химии VIII — IX классов позволяют сообщить им необходимые сведения об открытии нейтрино.
Указание на существование больших перерывов в предсказании и открытии в области физики нейтрино может убедить учащихся в безграничных возможностях научных исследований. Существование гравитонов, кварков и других частиц предсказано только теоретически. Об этих частицах известно все, кроме того, существуют ли они? Экспериментально поиски их пока не увенчались успехом.
Интересные опыты по обнаружению кварков ставил В. Брагинский в Московском университете. По идее эти опыты близки к известным опытам Милликена. Они сводятся к поиску частиц с дробным электрическим зарядом. Опыты дали отрицательный результат. Однако еще рано говорить об отсутствии кварков, хотя в науке и нет уверенности, что эти частицы вообще будут открыты.
ЛИТЕРАТУРА
Варденга Г. JI., Оконов Э. О. Вселенная частиц. М., «Советская Россия», 1972.
Мухин К. Н. Занимательная ядерная физика. М., Атомиздат, 1972.
Мякишев Г. Я. Элементарные частицы. М., «Просвещение», 1973.
Эксперимент и техника
В этом докладе следует показать особенности современных экспериментальных исследований.
Можно утверждать, что до конца прошлого века наука и техника развивались по параллельным и практически независимым путям. Так, паровая машина Уатта, паровозы Черепановых и Стефенсона успешно работали еще задолго до того, как Карно сделал первый шаг в разработке принципов термодинамики. Эдисону, построившему в Нью-Йорке первую электростанцию, были неизвестны законы теории электромагнитных явлений. С другой стороны, истории известны многочисленные факты, когда научные открытия долгие годы не находили применения. Например, для использования закона Архимеда в судостроении понадобилось почти два тысячелетия, закон всемирного тяготения Ньютона ждал применения около 300 лет, телефон — 50, а радио — 35 лет.
В наше время роль науки в жизни радикально изменилась. Исследования, и в первую очередь экспериментальные, приобрели широкий размах: наука стала одним из основных элементов национального престижа. Сокращаются и сроки использования открытий и изобретений непосредственно в производстве. Так, квантовые генераторы и усилители нашли применение сразу же после научных экспериментов, приведших к их открытию.
Здесь необходимо отметить, что ученые нашей страны сделали многие научные открытия, которые легли в основу важнейших направлений современной научно-технической революции.
Решение научных проблем не лежит на поверхности, особенно в наш век, когда в науке сделано уже так много открытий.
В статье академика Л. А. Арцимовича «Физик нашего времени» (см. литературу) убедительно показано, что с каждым годом физикам приходится «пробиваться через слой все более твердой породы». Новые закономерности в мире элементарных частиц, где расстояния порядка 10-15 см, или космические исследования с объектами, отдаленными от нас на миллиарды световых лет, требуют непрерывного технического перевооружения лабораторий с переходом к экспериментальным установкам все более грандиозного масштаба и поистине астрономической стоимости.
Отсюда частично и вытекают особенности современных исследований:
1. На смену самодельным приборам приходят установки такого рода, как современные ускорители заряженных частиц, космические корабли, плавучие лаборатории и т. д.
2. Индивидуальная научная работа уступает место коллективным научным разработкам.
3. В экспериментальных исследованиях принимают участие ученые разных специальностей, инженеры и рабочие.
4. Большинство экспериментов становятся более длительными и сложными.
5. Современные научные исследования являются фундаментом новой техники.
Все наиболее впечатляющие достижения современной техники: атомная энергия, ЭВМ, сверхзвуковая авиация, космические исследования, радио, телевидение, лазеры, голография — возникли не в результате развития самой техники, а как воплощение научных экспериментальных исследований.
Но существует и обратное влияние практики на фундаментальные исследования: практика проверяет истинность научных утверждений, ставит перед наукой новые задачи и обеспечивает эксперимент новыми техническими возможностями.
В качестве примера экспериментов, рождающих новые направления в технике, можно рассказать, как изучение законов оптики привело к созданию мощных усилителей света — лазеров. Сообщение о данном научном факте интересно начать с того, что люди еще в глубокой древности мечтали о концентрации энергии света. Эти сведения дошли до нас в известной легенде об Архимеде.
К физическим экспериментам, которые носят ярко выраженную практическую направленность, относятся работы по термоядерному синтезу. В докладе необходимо обосновать преимущество использования термоядерной энергии, большую важность
задачи, стоящей перед экспериментаторами. Следует подчеркнуть, что создание мощных установок (токамак), обеспечивающих получение термоядерных нейтронов, не является чисто физическими экспериментами. Их по праву можно назвать научно-техническими экспериментами.
Изучение свойств полупроводников привело к созданию многих электронных приборов. Следует продемонстрировать некоторые из них. Например, первые термогенераторы были изобретены группой ленинградских ученых во главе с академиком
А. Ф. Иоффе во время Великой Отечественной войны. Они обслуживали партизанские радиостанции.
Можно рассказать на конференции о вакуумном фотоэлементе, который фактически является современным воплощением экспериментальной установки Столетова, продемонстрировать фотореле для включения и выключения света, для определения числа деталей на конвейере и прибора для определения качества деталей.
ЛИТЕРАТУРА
Арцимович JI. А. Сборник статей. М., «Знание», 1975.
Конюшая Ю. П. Открытия и научно-техническая революция. М., «Московский рабочий», 1974.
Кок У. Лазеры и голография. М., «Мир», 1971.
Рыдник В. И. Атомы разговаривают с людьми. М., «Советская Россия», 1969.
Хазен А. М. Современная электроника. М., «Просвещение», 1970.
II. КОНФЕРЕНЦИИ, ОРГАНИЗУЕМЫЕ В ФОРМЕ ДИСПУТА, СИМПОЗИУМА
Преимущество таких конференций — большая возможность свободного обмена мнениями. В результате этого школьники приучаются давать научно обоснованные объяснения высказанным положениям и приобретают навыки внимательно слушать товарища и активно участвовать в обсуждении.
При подготовке и проведении конференции часто возникают трудности, связанные с активизацией деятельности большого количества ее участников. Поэтому следует особенно тщательно продумать форму не только проведения, но и подготовки конференции. Примерно за месяц до начала конференции на заседании физического кружка или школьного научного общества необходимо утвердить тему конференции, составить ее план. В тех классах, которые примут участие в конференции, объявить поиск-сбор научных результатов по предложенной теме. Научный поиск желательно проводить в четырех направлениях:
1. Подбор и ознакомление с литературой.
2. Организация экскурсии на предприятие, в ремонтные мастерские, пункты технического обслуживания и т. д. с целью сбора информации.
3. Обработка результатов экскурсии и составление рефератов для выступлений, например, на симпозиуме. Само название реферат, а не доклад предполагает научное исследование ученика с учетом полученной информации.
4. Участие в тематическом конкурсе на лучшее изобретение, проект которого надо защитить на симпозиуме.
О намеченном поиске учащимся школы сообщает красочное объявление, в котором указывается время проведения симпозиума, направления поиска и план исследований. Здесь же может быть дана основная литература для подготовки к конференции.
Возможность проведения экскурсий с целью сбора информации должна определять выбор темы для конференции в данной школе.
Учитель вместе с активом учащихся заранее продумывает, какие объекты, связанные с выбранной для конференции темой, смогут посетить ученики. Это могут быть проектные организации, работающие в области выбранной темы; промышленные и сельскохозяйственные предприятия, претворяющие их проекты в жизнь; учебные заведения (ПТУ, техникумы, институты), готовящие кадры для этих предприятий.
Приведем примеры возможных конференций.
Значение статического электричества в науке и технике
Одна из самых теоретизированных тем курса физики IX класса «Электростатика». Множество абстрактных образов, формул, законов, как правило, не заинтересовывают учащихся и не вызывают у них стремления к дальнейшему, более глубокому изучению темы. Поэтому проведение конференции, посвященной законам электростатики, имеет большое образовательное и воспитательное значение.
При утверждении темы будущей конференции учитель должен так поставить проблему, чтобы заинтересовать ею учащихся. В данной теме полезно показать, что взаимодействие зарядов статического электричества, количественно описанное Кулоном еще в 1785 г., до сих пор ставит много задач в быту и современной технологии. Росту своей популярности это явление в первую очередь обязано опасностям для людей, забывающих истины из школьного учебника физики. Все это усугубилось в последние годы из-за широкого применения в различных отраслях техники и в быту новых синтетических полимеров и диэлектриков.
Статистика США свидетельствует: за год — 1110 взрывов пыли, 2120 погибших, убытки — 102 миллиона долларов. Виновник — статическое электричество.
Пожары при заправке самолетов горючим, радиопомехи, искажение показаний измерительных приборов, отрицательное влияние на ход производственных процессов и качество продукции в текстильной и полиграфической промышленности — это
далеко не полный перечень опасностей от статического электричества. Однако оно может быть и верным помощником человека, если его законы поставить на службу практическим целям (более подробный материал для конференции учитель найдет в журнале «Наука и жизнь», 1969, № 9 и 1970, № 11).
После такой постановки проблемы учащимся становится ясно, что научный поиск по выбранной теме надо вести в двух направлениях: статическое электричество — враг и с ним нужно бороться; статическое электричество — верный помощник человека.
Для организации сбора информации для рефератов учащиеся могут посетить:
Цементный завод, тепловую электростанцию или другое предприятие, где специальная очистка газов производится с помощью электрических фильтров. (В метро такие фильтры служат для очистки воздуха от пыли.)
Автомобильный завод, фабрику музыкальных инструментов, мебельную фабрику, лакокрасочный завод, завод металлоизделий. Здесь широко используется электростатическое окрашивание, покрытие изделий лаком, нанесение эмали на металл.
Суконную фабрику, ковровый комбинат, фабрики по производству толя, рубероида, шифера, линолеума. На текстильных предприятиях для производства ворсовых тканей, ковров, одеял, замши используют ворсование материала в электростатическом поле. Аналогично можно наносить на любую поверхность волокна звукоизолирующих и теплоизолирующих веществ, делать кровельные и гидроизоляционные материалы.
Рыбокомбинат, где копчение рыбы могут вести электростатическим методом, осаждая на поверхности рыбы частички коптильного дыма. Кроме того, здесь применяются электроневоды, действие которых основано на реакции рыбы на сильное электрическое поле.
Лабораторию электрофотографии.
Физиотерапевтический кабинет поликлиники, где для рассасывания различных инфильтратов, лечения опухолей применяется электрофорез.
Институт охраны труда или лаборатории охраны труда на заводах, где учащимся расскажут о влиянии статического электричества на здоровье человека и мерах борьбы с его вредными проявлениями.
Текстильную или прядильную фабрики, типографию, бумажную фабрику, заводы резиновой промышленности. На этих предприятиях учащиеся могут ознакомиться со способами предупрежу дения электризации, необходимыми для предотвращения возможных катастроф или аварий.
Авиационное училище или аэропорт, где учащимся могут рассказать об учете влияния атмосферного электричества при строительстве и эксплуатации самолетов.
Электроизмерительные приборы
Программа по физике для средней школы не предусматривает непосредственного изучения данной темы. Поэтому обобщение на внеклассном мероприятии разбросанных по разделам программ VII, IX и X классов сведений об электроизмерительных приборах имеет особое значение.
С развитием науки и техники электрические измерения выделились в самостоятельную отрасль, перед которой стоит важнейшая задача создания точных современных приборов, в том числе электронных, с цифровым отсчетом. В городах с развитой электро- и радиотехнической промышленностью такая конференция будет иметь для учащихся большое профориентационное значение: они узнают о широком применении изучаемой темы и больших возможностях для получения нужных народному хозяйству профессий.
Возможен выбор следующих объектов:
Научно-исследовательский институт или заводская лаборатория, где разрабатываются вопросы изготовления и применения электроизмерительных приборов.
Цех завода, где создаются различные измерительные приборы.
Аппаратный цех завода, фабрики, электростанция, гараж, птицефабрика, где используются различные измерительные приборы.
Магазин по продаже современных измерительных приборов. Здесь следует обратить внимание на приборы с цифровым отсчетом, применяемые в различных целях.
Чтобы работать на всех перечисленных предприятиях, надо иметь соответствующие знания. Их можно получить в различных ПТУ, техникумах, институтах (выбор этих объектов определяется местными условиями).
Путешествие по шкале электромагнитных волн
Для экскурсий можно рекомендовать такие объекты:
Электростанцию, цех завода или фабрики, ремонтные мастерские. Цель экскурсии — показать получение и применение низкочастотных колебаний.
Радиостанцию, телецентр, где учащимся расскажут о применении различных диапазонов радиоволн.
Сцену театра или Дома культуры. Здесь можно показать использование видимой части спектра; рассказать о применении света на сцене для правильного освещения декораций, актеров, для создания внешних эффектов (снега, пожара, дождя); показать применение явления люминесценции.
Лабораторию завода, научного или учебного заведения для знакомства с применением свойств индуцированного излучения, положенного в основу работы лазера.
Птицефабрику. Здесь можно наблюдать использование видимой части спектра для создания «продленного дня» в зимнее время года и инфракрасного излучения.
Рентгеновскую лабораторию поликлиники, научного или учебного учреждения.
Дефектоскопическую лабораторию завода, больницу или поликлинику, агролабораторию зерноводческого совхоза. Здесь учащимся могут рассказать о широком применении у-излучения в промышленности, медицине, сельском хозяйстве. (В Ленинграде и Москве интересна экскурсия в демонстрационный зал магазина «Изотоп».)
В небольшом городе или поселке, где выбор объектов экскурсий ограничен, нужно, чтобы само предприятие определяло тему конференции, например:
Физика на птицефабрике
Возможные темы докладов и объекты экскурсий:
1. Электричество управляет и контролирует:
Фотореле, с помощью которого осуществляется контроль за количеством птиц при свободном откорме.
Электропоилка.
Терморегулятор для автоматического поддержания режима температуры.
Приборы, регулирующие влажность воздуха, используемые в инкубаторах.
2. Электричество — источник света и тепла:
Инкубатор — отдельные шкафы или цехи-инкубаторы для искусственного высиживания цыплят.
Брудер — черный экран, применяемый для обогревания помещения.
Продленный день — осветительная система с реостатами, регулирующая «восход и заход солнца» в помещении, где содержатся куры.
3. Вибрация помогает птичницам:
Вибросортировки для приготовления корма нужных размеров.
Вибротранспортер для раздачи корма при клеточном содержании птиц.
4. Рентгеновский кабинет на птицеферме:
Рентгеновское излучение применяется для сортировки яиц
по качеству.
После договоренности с руководителями намеченных объектов в классах, участвующих в конференции, выбирают группы учащихся по 6 — 8 человек. В каждой группе назначают:
ответственного за организацию экскурсии; докладчика, который готовит сообщение-реферат; оппонента докладчика; ответственного за составление примерных вопросов, которые участники конференции могут задать докладчику.
Можно предложить следующий план проведения конференции, организуемой в виде симпозиума научных специалистов:
1. Вступительное слово председателя симпозиума.
2. Защита рефератов учащимися на основании собранных на экскурсиях данных, которая включает:
а) сообщение докладчика;
б) вопросы участников конференции;
в) выступление оппонента по реферату.
3. Защита проектов, состоящая из:
а) выступления автора;
б) оценки проекта оппонентом.
4. Интересные опыты по теме конференции и объяснение их ее участниками.
5. Решение президиума симпозиума.
Необходимо отметить большое значение стихов, песен, стихотворного конферанса на школьных научных конференциях. Какой бы ни была их форма, надо помнить, что они проводятся в детском коллективе, где особенно важен эмоциональный настрой участников и слушателей.
Приведем описание конференции учащихся VIII — IX классов на тему:
Статика на службе строительной промышленности нашего города
Возможные объекты экскурсий:
Домостроительный комбинат или любой строительный участок (экскурсия к подъемному крану). Здесь полезно вспомнить об определении центра тяжести массивных тел, об их устойчивости и равновесии, правило моментов.
Строительное или архитектурное управление. Здесь следует обратить внимание на значение фундамента здания, физику арок и куполов. Интересно исследовать использование законов статики в старинных постройках (соборах, церквах, зданиях с колоннами) и лучших современных зданиях.
Кафедра мостов института или техникума; мостодорожное управление. Здесь учащиеся могут ознакомиться с действием сил на опоры различных по конструкции мостов, увидеть действующие модели.
Музей городской скульптуры., краеведческий музей, где можно ознакомить учащихся с использованием законов статики в работе архитекторов и скульпторов. В случае отсутствия в городе таких музеев можно провести экскурсию к известному скульптурному памятнику города, а в тексте экскурсии использовать материал о крупнейших достижениях русской и мировой скульптуры.
Конференцию следует поручить вести двум ученикам, из ко^ торых один — председатель президиума симпозиума.
Конференцию можно открыть так: участники школьного хора исполняют песню «Вечный двигатель» (слова Вит. Татаринова, музыка Л. Печникова). Хор сменяет ученик, читающий стихотворение Н. Алтухова «Музей будущего».
Подобное начало, безусловно, привлекает внимание слушателей. На сцену выходит ученик с огромным томом БСЭ и зачитывает определение статики.
1-й ведущий вызывает на сцену президиум симпозиума: докладчиков и оппонентов по рефератам и проектам.
2-й ведущий (председатель президиума) поздравляет участников с его открытием, говорит о необходимости решения важной задачи: связи науки с производством, обращает внимание участников симпозиума на огромное значение статики в нашей жизни, науке и технике.
Во время выступления ведущего может быть интересно использовано оформление конференции: над столом президиума один за другим «загораются» плакаты, «написанные» раскаленной проволокой.
Статика — это
грандиозно!
Прочно!
Надежно!
Статика — это
высокие и красивые здания!
Огромные мосты!
Прекрасные скульптуры!
Тексты пла.катов можно написать на бумаге люминесцентной гуашью и специально осветить.
Председатель симпозиума предлагает авторам поступивших в распоряжение президиума рефератов защитить их на основании исследований, проведенных труппами товарищей на предприятиях и в учебных заведениях города.
Приведем сущность содержания рефератов учащихся.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
|
