§ 5. Знакомство студентов с формами предъявления экспериментальных заданий учащимся
   
   Организуя спецпрактикум по методике и технике школьного лабораторного эксперимента, мы исходили из того, что студенты проектируя способы предъявления экспериментальных заданий учащимся, будут учитывать то, что в основе заданий могут лежать различные виды ориентировочной основы действия (П.Я. Гальперин) [61].
   В теоретической части курса "ПТОФ" студенты кратко знакомились с тем, что ученику можно дать только задание без указаний способов его выполнения. Ученик должен будет сам спланировать эксперимент, разработать его теоретическую часть, собрать экспериментальную установку, произвести необходимые измерения и вычисления.
   Успешность выполнения задания в данном случае будет носить в значительной мере случайный характер. Осознание задания и его выполнение потребуют от ученика незаурядных способностей. Надежность же переноса способов выполнения одного задания на другие однотипные с ним задания будет обеспечиваться тренировкой. Но при отсутствии специального обучения способам выполнения заданий, даже большое количество выполненных однотипных работ не даст гарантии того, что ученик, встретившись с новым заданием того же типа, сможет его выполнить.
   Чтобы обеспечить успех в выполнении экспериментального задания, его можно сопроводить указаниями к выполнению. Чем подробнее, точнее и конкретнее указания, тем выше вероятность того, что задание будет выполнено. Однако, в этом же случае, ниже степень творчества ученика, меньше развивающий эффект самого задания. Возможность же переноса способов выполнения одного задания на другие однотипные задания, в силу конкретности указаний, все равно ограничена.
   Наибольший педагогический эффект в плане обучения и развития учеников имеют задания, ориентированные на использование алгоритмических предписаний по выполнению экспериментальных заданий определенного типа. Правда, обучение учащихся не конкретным умениям, а умениям обобщенного характера, требует временных затрат и высокой интеллектуальной активности учащихся.
   Если в основу выполнения экспериментальных заданий положена ориентировочная основа действия первого типа, ученикам могут предлагаться задания с формулировками, полученными при формально-логическом анализе сюжетов, лежащих в основе экспериментальных установок. Примером таких заданий являются задания к творческим лабораторным работам исследовательского и конструкторского характера, описанным В.Г. Разумовским [286].
   Инструкции по выполнению фронтальных лабораторных работ, приводимые в большинстве учебников физики для средней школы [126, 303, 433] и построенные по такому же принципу инструкции к работам физического практикума [15, 170, 267, 268, 375], являются примером инструкций, в основе которых лежит ориентировочная основа действия второго типа.
   Поскольку наибольшие сложности у студентов возникают при создании алгоритмических предписаний по выполнению различных типов экспериментальных работ, им приводился вариант такого алгоритмического предписания. ПРЕДПИСАНИЕ АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ТИПА ПО
   - изучению физического явления, процесса, состояния физического объекта;
   - определению численного значения физической величины;
   - определению численного значения физической постоянной
   1. Опишите сюжет, лежащий в основе экспериментальной установки, на математическом языке.
   2. Выразите из общего уравнения, описывающего рассматриваемый сюжет, искомую величину.
   3. Проведите анализ полученного уравнения на предмет нахождения величин, значения которых вы могли бы задать самостоятельно.
   4. Определите способы нахождения неизвестных величин.
   5. Произведите необходимые измерения и найдите численные значения этих величин.
   6. Проведите эксперимент и найдите численное значение искомой величины.
   7. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешности измерений и запишите с их учетом окончательный результат.
   8. Проведите экспериментальную проверку правильности полученного результата.
   Рассмотрим в качестве примера, как может выполняться в соответствии с предписанием алгоритмического типа по определению численного значения физической величины одна из экспериментальных работ.

Экспериментальное задание:

   Определите максимальную дальность полета снаряда, выпущенного из баллистического пистолета.
   1. Описание сюжета, лежащего в основе экспериментальной установки, на математическом языке.

   Сюжет предполагает рассмотрение движения тела, брошенного под углом к горизонту.
   Согласно принципу независимости движений, время движения тела в вертикальном и горизонтальном направлениях равны: tx = ty.
   Так как в горизонтальном направлении на тело не действуют силы (при условии пренебрежения силой сопротивления), то:t_x=S/v_0x=S/v₀cos(a)
   Время движения тела в вертикальном направлении можно определить из уравнения: v_y-v_0y=gt_y
   Так как в верхней точке траектории v_y=0,v_0y=v₀sin(a) и время движения тела вверх и вниз равны друг другу, тоt_y=2v₀sin(a)/g
   Решая записанные уравнения совместно, имеем:
   s/v₀cos(a)=2v₀sin(a)/g
   2. Уравнение, позволяющее найти дальность полета снаряда, выпущенного из баллистического пистолета, имеет вид:S=2v₀sin(a)cos(a)/g=2v₀sin(2a)/g
   3. Известные величины:
   g = 9,8 м/с² ; угол, под которым необходимо произвести выстрел a=45⁰, так как
   S = S _max при sin(2a)=1.
   4. Способы нахождения начальной скорости снаряда.
   Если произвести выстрел вверх, то скорость можно определить из энергетических соображений:mv₀²/2=kx²/2=mgh
, где: k=F/L
   (Если в задании будет указано, что необходимо определить максимальную дальность полета снаряда не делая пристрелочных выстрелов, то:S=Fx₀²/Lmg).
   7. Так как, согласно заданию, дальность стрельбы определяется теоретически, то абсолютная ошибка в определении может быть найдена по формуле:

   Поскольку ошибки при определении силы и деформации значительно превосходят ошибки при определении других величин, то в формуле для определения абсолютной ошибки перемещения снаряда можно ограничиться первыми тремя членами:

   8. Проверка проводится экспериментально при выстреле из баллистического пистолета под углом a = 450 к горизонту и измерении дальности полета снаряда.