§ 2. Проблемы конструирования системы лабораторного эксперимента по элементарному курсу физики и пути их решения
   
   Традиционно учебный физический эксперимент делится на демонстрационный и лабораторный. Лабораторный, в свою очередь, включает в себя фронтальные работы, экспериментальные задания, работы физического практикума. Проведение физических практикумов на второй ступени обучения физике предусматривается различными вариантами учебных программ [279] и планируется, как правило, либо в конце учебного года, либо после изучения крупных разделов курса. Предполагается, что в отличие от фронтальных лабораторных работ, практикумы должны проводиться с использованием более сложных приборов. В каждой работе учащиеся должны, как правило, выполнять более сложные и разнообразные задания. В связи с этим, на каждую работу практикума, вероятно, должно в среднем отводиться большее время, чем на фронтальную лабораторную работу. Степень самостоятельности учащихся при выполнении работ практикума чаще всего также должна быть более высокой, чем при выполнении фронтальных лабораторных работ. Фронтальные лабораторные работы проводятся непосредственно при изучении нового материала. В работах практикума связь между изученной ранее теорией и экспериментом оказывается разделенной во времени, но она существует и может быть выделена в явном виде.
   Неверный, необдуманный подход к организации лабораторного эксперимента часто резко снижает его педагогический эффект, а иногда, искажая методические идеи курса физики, наносит и прямой вред учебному процессу.
   Многолетний опыт работы методистом кабинета физики в Алтайском краевом институте усовершенствования учителей, участие в многочисленных инспекторских проверках школ Алтайского края по линии краевого отдела народного образования, дальнейшее постоянное общение с учителями физики на курсах повышения квалификации (период с 1976 по 1996 гг), дает основание говорить о неблагополучном в целом состоянии организации и методики проведения школьного лабораторного физического эксперимента.
   Учителя физики, подбирая лабораторные работы, комплектуя работы практикума, чаще всего опираются не на общие цели обучения физике, а на парк имеющегося в кабинете оборудования, наличие готовых методических разработок. Иногда подборка работ на поверку оказывается необдуманной. Не всегда являются ясными цели выполнения работ. Сами работы бессистемно вырываются из курса физики.
   Существенным недостатком в постановке физического практикума является то, что учащиеся выполняют лабораторные работы "по цепочке", нарушая тем самым логику учебного предмета. Наиболее распространенная система проведения фронтальных лабораторных работ и работ физического практикума не обеспечивает самостоятельности выполнения работ ни отдельным учащимся, ни их группам.
   Для предотвращения списывания учителю необходимо прикладывать дополнительные усилия, а иногда и предпринимать шаги антипедагогического характера.
   Оборудование для некоторых работ часто сложно, громоздко, нестандартизировано. Вследствие этого, ученик бывает лишен возможности самостоятельно собирать лабораторную установку и вынужден пользоваться приборами, скомплектованными и собранными учителем.
   Иногда заведомо расходится логика изложения учебного материала в учебнике и методическом руководстве по выполнению фронтальной лабораторной работы или работы физического практикума.
   Например, в версии изучения второго закона Ньютона, предложенной И.К. Кикоиным и А.К. Кикоиным [126] и долгое время бывшей основной версией для средней общеобразовательной школы, этот закон вводится на основе анализа вращательного движения тела. При этом исходным понятием является понятие массы, а понятие силы понятием производным. Работа же физического практикума по изучению второго закона Ньютона, предлагаемая столь же распространенными пособиями под ред. А.А. Покровского [267, с.59-64], В.А. Фетисова [375, с.43-50], проводится на основе анализа прямолинейного движения тела. И исходным понятием здесь является понятие силы.
   Иногда инструкции к лабораторным работам предусматривают получение учеником значения некоторой физической величины, но не предполагают ее проверку или оценку достоверности результата. Планируемый эксперимент, таким образом, оказывается незавершенным.
   Мы полагаем, что планируя лабораторный эксперимент по какому-то разделу курса физики, определяя его содержание, целесообразно исходить из следующих соображений.
   1. Взяв за основу раздел курса физики или, в зависимости от обстоятельств, выделив в рассматриваемом разделе подразделы, необходимо провести их анализ с методологической точки зрения.
   В первую очередь, следует выделить виды и структуру знаний, изучаемых в анализируемом разделе или подразделе курса.
   В результате такого анализа, в явном виде будут представлены фактологический материал, основные и производные понятия, в том числе величины, законы, теории, эксперименты, приборы, механизмы, машины и структурные элементы каждого из выделенных видов знания.
   2. Ориентируясь на общее дерево целей, определяющих стратегию преподавания всего курса физики средней школы, надо определить цели проведения экспериментальных работ в анализируемом разделе или подразделе.
   3. В соответствии с видами выделенных знаний и целями проведения экспериментальных работ, следует определить возможные виды лабораторного эксперимента, способствующего достижению целей и формированию выделенного круга знаний.
   4. Для каждого вида лабораторного эксперимента необходимо разработать обобщенные предписания алгоритмического типа по его проведению.
   5. Ориентируясь на содержание выделенных знаний и соотнося их с поставленными целями, можно приступать к конструированию системы лабораторного эксперимента.
   Первым его этапом будет описание физических сюжетов (явлений, процессов, состояний физических объектов), которые будут лежать в основе изучения анализируемого раздела или подраздела курса физики. Описанные сюжеты в дальнейшем послужат основой для комплектования конкретных лабораторных установок.
   6. В качестве исходных принципов комплектования лабораторных установок можно предложить принципы простоты и возможности использования одних и тех же приборов и материалов, отдельных блоков в разных лабораторных установках по типу технического конструктора.
   Для реализации этих принципов предварительно необходимо провести специальную работу по отбору состава элементов конструктора.
   7. При успешности названного подхода возникает возможность создания такого комплекта оборудования, из которого, в идеале, можно будет собрать установки, соответствующие любому из описанных физических сюжетов.
   Это даст возможность, при выставлении физического практикума, задать для каждого ученика или каждого звена учеников такую последовательность выполнения работ, которая соответствовала бы логике развития физического знания в изучаемом курсе.
   8. Исходя из выделенных видов лабораторного эксперимента и широкого спектра поставленных целей его проведения, можно к ограниченному количеству физических сюжетов разработать большое число вариантов работ, достаточное для того, чтобы обеспечить самостоятельность их выполнения каждым звеном учащихся или даже отдельным учеником.
   Планируя изучение основных и производных понятий и величин, законов и уравнений, связывающих эти величины, учитель планирует решение ряда методических задач, причем перечень этих задач достаточно узок и, при соотнесении с основными видами экспериментальных заданий, может быть сведен к следующим позициям.
   1. Изучение физического явления, процесса, состояния физического объекта с целью накопления фактологического материала для его дальнейшего анализа.
   Примером может служить изучение механического движения тела относительно различных систем отсчета с тем, чтобы зафиксировав форму траектории движения, координаты, путь, перемещение, скорость тела относительно разных систем отсчета, сделать вывод об относительности характеристик механического движения.
   2. Введение и анализ производной физической величины.
   Величины, выполняющие в курсе физики одинаковые функции и схожие между собой по форме записи, вводятся и анализируются по одним и тем же правилам.
   К таким величинам, например, можно отнести скорость прямолинейного равномерного движения, ускорение, угловую скорость, мощность, жесткость, коэффициент трения.
   3. Определение численного значения физической величины.
   Примеров таких задач в лабораторном эксперименте очень много. Вот только некоторые из них: "Определение начальной скорости снаряда, выпущенного из баллистического пистолета". "Определение коэффициента трения скольжения деревянного бруска по поверхности стола". "Определение массы тела при его взаимодействии с другим телом известной массы".
   4. Определение численного значения физической постоянной.
   Примеры: "Определение плотности вещества", "Определение ускорения свободного падения".
   5. Исследование зависимостей между физическими величинами и анализ полученных зависимостей, которые также проводятся согласно обобщенным правилам.
   Здесь типичными примерами являются такие: "Исследование зависимости силы трения скольжения от силы нормального давления", "Исследование зависимости величины деформации твердого тела от приложенной нагрузки".
   6. Изготовление или изучение прибора, механизма.
   Примерами являются: "Изготовление и градуировка динамометра", "Изготовление равноплечных и неравноплечных весов", "Изучение устройства и принципа действия различных приборов для измерения времени".