§ 2. Отбор содержания демонстрационного эксперимента
   
   Вопрос отбора содержания демонстрационного эксперимента как для курсов физики средней и высшей школы, так и для курса методики преподавания физики является вопросом первостепенной важности и поэтому он поднимается многими исследователями этой проблемы.
   А.В. Усова и А.А. Бобров считают, что содержанием учебного эксперимента является: а) изучение явлений, особенностей их протекания в определенных условиях; б) изучение причинно-следственных связей между явлениями; в) изучение функциональной зависимости между величинами, характеризующими явления и свойства тел; г) изучение и сравнение свойств вещества в различных состояниях; д) проверка справедливости законов, сформулированных на основе опытов, демонстрируемых учителем, или в результате логических умозаключений, опирающихся на общетеоретические положения или метод индукции; е) определение констант; ж) изучение устройства и испытание приборов. При этом они указывают, что все указанные виды эксперимента имеют непосредственное отношение к формированию понятий [368, с. 29].
   Т.Н. Шамало, анализируя эксперимент с точки зрения его роли в процессе формирования физических понятий, указывает, что критерии отбора эксперимента прежде всего определяются функциями эксперимента в данной учебной ситуации. Таких функций она выделяет две. Первая заключается в создании чувственно-наглядных образов, которые являются материалом для дальнейшего обобщения. Вторая состоит в создании практических проблемных ситуаций, при которых учащиеся могли бы осуществить более или менее самостоятельно процесс восхождения от абстрактного к конкретному.
   Далее, с учетом функций эксперимента в определенной учебной ситуации и его участия в процессе формирования понятий, он делится на две группы.
   К первой группе относится эксперимент, служащий для создания образов восприятия, которые, в свою очередь, служат материалом для формирования обобщенных образов представлений.
   Ко второй группе относится эксперимент, который максимально приближен к реальным практическим ситуациям.
   Форма проведения эксперимента, отмечает Т.Н. Шамало, должна находиться в прямой связи с дидактической целью урока и его логической структурой.
   Она выделяет четыре дидактические формы постановки физического эксперимента, который проводится с целью формирования понятий: исследовательскую, иллюстративную, репрезентативную (или комбинированную), фантологическую (или мысленный эксперимент) [413, с.11-13].
   В.Я. Синенко полагает, что основаниями для отбора школьного физического эксперимента являются - учебно-воспитательные задачи, которые стоят перед учителем на данном этапе обучения физике; - требование оптимальности содержания учебного эксперимента; уровень оснащенности кабинета физики; - уровень профессионально-методических навыков учителя в области школьного физического эксперимента [310, с. 69].
   В своем исследовании он подробно рассматривает принципы отбора эксперимента на основе методологии научного познания в физике с целью формирования физических понятий, для раскрытия физических закономерностей, с целью формирования экспериментальных навыков, с целью контроля знаний и умений учащихся [там же, с. 69-82].
   Приведенные работы не противоречат друг другу, а хорошо согласуются между собой, развивая и дополняя одна другую. Следуя за их авторами, будем также исходить из того, что отбор эксперимента прежде всего определяется преследуемыми дидактическими целями (Т.Н. Шамало) и учебно - воспитательными задачами (В.Я. Синенко).
   Таким образом, ориентируясь на систему описанных нами целей, которые учитель может ставить перед собой планируя учебно-воспитательный процесс, мы можем поставить в соответствие этим целям физический эксперимент. Этот эксперимент может носить специализированный характер и однозначно быть подчинен достижению поставленной цели. Но скорее всего каждый эксперимент следует рассматривать с полифункциональных позиций и при его проектировании, по - возможности, планировать достижения целого комплекса целей.
   Приведем пример демонстрационных опытов, вид и набор которых определяется специальными целями.
   Тема курса физики 11 класса средней общеобразовательной школы "Электромагнитная индукция" может быть разбита на три блока: "Явление взаимоиндукции", "Явление самоиндукции", "Движение проводников в магнитном поле".
   Изучение материала может быть построено таким образом, что первый блок рассматривается в совместной деятельности учителя и учащихся, а содержание и логическую структуру второго и третьего блоков учащиеся конструируют самостоятельно.
   При этом учитель, в частности, может сформулировать такие цели (пример взят из главы, посвященной проблемам целеполагающей деятельности учителя):
   - На основе наблюдения серии физических эффектов организовать самостоятельную деятельность учащихся по формированию одинаковых в структурном отношении логических схем и логических конспектов по темам "Самоиндукция", "Э.Д.С. в движущихся проводниках".
   - Подвести учащихся к уровню, когда бы они на основе наблюдения за процессом работы лампы дневного света (ориентируясь на сформулированные требования к ее устройству), смогли самостоятельно разработать конструкцию системы зажигания лампы от осветительной сети.
   В этом случае соответствующие сформулированным целям демонстрации оказываются для ученика на этапе их постановки функционально не определенными. Для учителя на этом же этапе функции демонстраций определяются не их местом в структуре учебного материала, а обозначенными целями.
   Соглашаясь с В.Я. Синенко в том, что в реальных условиях оснащенность кабинета физики и уровень подготовки специалиста часто являются решающими факторами при отборе эксперимента, будем все же исходить из того, что их наличие является необходимым условием для начала обсуждения поставленной проблемы.
   Ориентируясь на положение о том, что отбор содержания эксперимента определяется логической структурой учебного материала, мы можем определить значимые для нас виды демонстрационного эксперимента и последовательность их постановки в учебном процессе.
   В основе качественного аспекта изучения физических явлений лежит эксперимент, позволяющий ученикам провести наблюдение явлений (процессов, состояний) и зафиксировать их отдельные стороны в виде некоторой совокупности фактов. Количество и подбор опытов должны быть такими, чтобы на их основе в случае необходимости можно было провести классификацию зафиксированных фактов, сделать обобщения и определить условия протекания явлений.
   Количественный аспект изучения явлений предусматривает два вида демонстрационных опытов: опыты по введению величин, характеризующих рассматриваемые процессы и состояния и опыты по установлению зависимости между величинами. При этом на этапе постановки задачи возможен дополнительный эксперимент проблемного характера, позволяющий вычленить сущность изучаемой проблемы.
   Сущностный аспект описания явления предполагает повторную постановку наиболее характерных опытов, с которых начиналось изучение явления, или опытов, аналогичных им. Здесь же возможна постановка опытов, дающих результаты, не согласующиеся с уже имеющимися данными. Цель этих опытов заключается в создании проблемной ситуации и постановке на ее основе познавательной задачи, подлежащей решению.
   Далее следуют демонстрации различного рода моделей. Следует отметить, что потребность в демонстрации моделей часто возникает и на других этапах изучения явления.
   И, наконец, эксперименты, направленные на проверку логических следствий, выстроенных на основе выдвинутых гипотез и разработанных моделей.
   Прикладной аспект изучения явлений предполагает демонстрацию различных приборов, механизмов, машин и их работы, а также эффектов, лежащих в основе технологических процессов и самих процессов.
   В качестве примера опытов, системообразующим фактором для которых является логическая структура изучения физического явления, можно привести опыты для первого блока темы "Явление электромагнитной индукции".
   Познавательная задача ставится на основе результатов повторно демонстрируемого в данном месте опыта Эрстеда. Его результаты позволяют сделать заключение: "Если по проводнику идет электрический ток, вокруг проводника возникает магнитное поле, которое можно исследовать с помощью магнитной стрелки. Говоря словами того времени, когда были проведены аналогичные опыты, "электричество порождает магнетизм".
   Далее, после короткого исторического экскурса, появляются все основания для того, чтобы поставить вопрос: "Если электричество порождает магнетизм, то не может ли магнетизм породить электричество?"
   Для накопления фактологического материала демонстрируется серия опытов:
   - появление индукционного тока в катушке, замкнутой на гальванометр, при движении относительно нее постоянного магнита и электромагнита;
   - появление индукционного тока в катушке, замкнутой на гальванометр, при включении и выключении тока в другой, рядом расположенной катушке;
   - появление индукционного тока в катушке, замкнутой на гальванометр, при плавном увеличении и уменьшении тока в другой, рядом расположенной катушке;
   - появление индукционного тока в катушке, замкнутой на гальванометр, при внесении в другую, рядом расположенную катушку ферромагнитного сердечника;
   - появление Э.Д.С. индукции в рамке, вращающейся в магнитном поле.
   На этапе обобщения опытных фактов появляется потребность вспомнить (или ввести) понятие магнитного потока, в частности, пояснить каким образом отсчитывается фигурирующий в определяющем уравнении магнитного потока угол. Для этого демонстрируется соответствующая модель контура с нормалью, восстановленной к его плоскости и вектором магнитной индукции.
   Выявление сущности явления, механизма его протекания ведется на основе цикла научного познания. В качестве отправной точки проводимых рассуждений опять же являются опытные факты.
   Для их получения ставятся опыты по наблюдению эффектов, возникающих при движении постоянного магнита относительно сплошного и разрезанного алюминиевых колец.
   Для объяснения полученных опытных фактов выдвигается несколько гипотез. На основе гипотез строится серия логических следствий, в частности, делаются предсказания относительно характера движения алюминиевых пластин, сплошной и с разрезами, в магнитном поле. Предсказания проверяются на опыте.
   Прикладной аспект изучения явления взаимоиндукции подразумевает изучение и демонстрацию устройства, принципа и процесса работы таких приборов, как повышающий и понижающий трансформаторы, сварочный трансформатор, индукционная печь, индукционный тахометр и спидометр, генератор тока. Здесь же демонстрируются эффекты, вызванные токами Фуко и способы борьбы с ними.