Методическая разработка Обучение учащихся методу поиска решения физических задач

О Б У Ч Е Н И Е У Ч А Щ И Х С Я М Е Т О Д У П О И С К А Р Е Ш Е Н И Я Ф И З И Ч Е С К И Х З А Д А Ч
Решение задач является одним из основных способов развития мышления учащихся, а также закрепления их знаний. Однако обычно применяемые методы обучения решению физических задач (методы образцов, рассуждений, графов, эвристические приемы, алгоритмические методы) не позволяют научить всех учащихся ориентироваться в любой конкретной ситуации, представленной в условии задачи. К тому же многие физические задачи воспринимаются учащимися как самостоятельные, не связанные друг с другом, типы, имеющие свой метод решения. Поскольку общим для решения всех задач является поиск решения, целесообразно учить учащихся не методам решения отдельных задач, а методу поиска их решения.
Метод поиска решения физических задач. Анализ, содержания различных физических задач позволяет утверждать, что почти в каждой из них описано то или иное физическое явление, происходящее в конкретной ситуации и потому как бы завуалированное определенным сюжетом. Вследствие этого решение задач представляет собой деятельность, состоящую из следующих этапов:
1) анализ физического явления, описанного в задаче, и условий его существования;
2) выражение этих условий на языке физической науки;
3) выражение этих условий в виде математического уравнения;
4) выполнение математических операций с физическими величинами и их наименованиями;
5) контроль соответствия полученного результата условиям существования рассматриваемого в задаче явления.
Таким образом, решение физической задачи можно представить в виде выделенных операций, что в совокупности представляет собой общий метод поиска решения любой физической задачи. Владение этим методом позволяет учащимся сознательно и планомерно проводить анализ ситуации и находить наиболее рациональные способы решения задач.
Обучение учащихся методу поиска решения физических задач. Для того чтобы школьники овладели методом поиска решения задач, необходимо научить их сначала правильному выполнению каждого действия в отдельности, после чего они должны усвоить также последовательность выполнения этих действий.
С этой целью на первом уроке по решению задач следует познакомить учащихся с физической задачей: представить им условие задачи как конкретную сюжетную ситуацию, в которой происходит некоторое физическое явление. Если обобщенное понятие о явлении сформировано у учащихся, то им предлагается выделить структурные элементы явления в тексте задачи. Если такое понятие не сформировано, то учащимся раскрывается его содержание. (структурные элементы явления: материальный объект, его начальное и конечное состояния, воздействующий объект и условия их взаимодействия). Далее эти структурные элементы предлагается выделить из текста нескольких задач (1-й этап), причем последовательность действий определяется содержанием карточки-предписания, с помощью которой организуется самостоятельная работа учеников.
Карточка-предписание
Задание: выделите в условии задачи структурные элементы описанногофизического явления
Ориеитировочные признаки Выполняемые операции
Материальный объект — тело, состояние которого подвергается анализу Подчеркните его в тексте задачи одной чертой. Выпишите в тетрадь «Объект...»
Характеристики начального состояния объекта — указания, которые с той или иной стороны характеризуют объект до взаимодействия Подчеркните их в тексте пунктирной линией. Выпишите в тетради: «Характеристики начального состояния:...»Воздействующий объект — тот, с которым интересующий нас объект взаимодействует Подчеркните его в тексте двумя чертами. Выпишите в тетрадь: «Воздействующий объект —...»Характеристики воздействующего объекта — указания, которые с какой-либо стороны характеризуют его Подчеркните их в тексте волнистой линией. Выпишите в тетради: «Характеристики воздействующего объекта:...»Характеристики условий взаимодействия — указания, определяющие обстановку, в которой происходит взаимодействие Подчеркните 'их в тексте двумя волнистыми линиями. Выпишите в тетради: «Условия взаимодействия —...»Характеристики конечного состояния объекта — указания, которые характеризуют то новое, что появилось в состоянии объекта после взаимодействия Подчеркните их в тексте двумя пунктирными линиями. Выпишите в тетради: «Характеристики конечного состояния объекта...»
Контроль: Проверьте, все ли слова условия задачи отнесены к одному из структурных элементов явления (если подчеркнуты все слова, то анализ можно закончить)

По этой карточке сначала учитель, а затем каждый из учеников самостоятельно анализирует условия полученных 12—14 задач, оформляя в тетради результаты анализа в виде таблицы.
Таблица I.
Структурные элементы
явления
Номер задачи
1 2 3
Материальный объект в начальном со стоянии
Заряженный отрицательно эбонитовый шарик подвешен на шелковой нити
Заряженный проводник
Отрицательно заряженная капелька масла массой 10 нгВоздействующий объект и его характеристики
Такой же положительно заряженный шарик
Пыль
Две пластины, расположенные горизонтально на расстоянии 4,8 мм друг от друга, на которые подано напряжение 1 кВХарактеристики условий взаимодействия
Второй шарик помещен в точку подвеса первого шарика
Пыль находится на проводнике
Вакуум
Материальный объект в конечном состоянии Отрицательно наряженный эбонитовый шарик подвешен на шелковой нити. Изменяется сила натяжения нити Заряженный проводник теряет свой заряд Отрицательно заряженная капля масла массой 10 нг находится в равновесии
Проиллюстрирую сказанное примерами анализа условия следующих физических задач (см. табл. I):
1.Эбонитовый шарик, заряженный, отрицательно, подвешен на шелковой нити. Изменится ли сила ее натяжения, если второй такой же, но положительно заряженный шарик поместить в точке подвеса?
2.Если заряженный проводник покрыт пылью, то он быстро теряет свой заряд. Почему?
3.Между двумя пластинами, расположенными горизонтально в вакууме на расстоянии 4,8 мм друг от друга, находится в равновесии отрицательно заряженная капелька масла массой 10нг. Сколько «избыточных» электронов имеет капля, если на пластины подано напряжение 1 кВ?
Безошибочное нахождение структурных элементов явления в тексте задачи всеми учащимися (после анализа 5—6 задач) позволяет перейти к следующей части урока, имеющей целью усвоение учащимися последовательности выполнения операций. Для этого ученики анализируют тексты еще 4 задач, но уже без предписания, называя по памяти и тут же выполняя каждую операцию. Чтобы облегчить руководство их деятельностью, целесообразно организовать взаимный контроль: сначала один из учащихся анализирует задачу, а его сосед по столу контролирует правильность заполнения таблицы, а при анализе другой задачи они меняются ролями.
Далее учащиеся работают полностью самостоятельно: проговаривают «про себя» признаки и операции и выполняют их. В заключение всем ученикам предлагаются 1—2 задачи, в которых они должны быстро указать структурные элементы явления. Таким образом, в общей сложности они анализируют в течение урока около 14 задач (не доводя решения до конца),что оказывается достаточным для обучения выполнению действия «выделение структурных элементов явления».
Далее учащиеся обучаются выражению структурных элементов рассматриваемого явления и их характеристик на языке физической науки (2-й этап), что чрезвычайно важно, поскольку все физические законы сформулированы для определенных моделей, и для реального явления, описанного в задаче, должна быть построена соответствующая модель. Это нужно объяснить учащимся и показать, что те или иные слова в условии задачи выражают определенные элементы и свойства модели: «маленький заряженный шарик» — это точечный заряд; «тонкая нить» — пренебрежимо мала масса нити; «шелковая нить» — нет утечки заряда и т. п.
Процесс формирования этого действия аналогичен предыдущему: сначала учитель в беседе с учащимися показывает на 2—3 примерах, как нужно его выполнять, затем учащиеся производят операции самостоятельно.
Действие «составление плана решения задачи» (3-й этап) формируется у школьников сразу, так как составляющие его операции уже известны учащимся и освоены ими. После показа образца выполнения действия каждому ученику для самостоятельной работы выдается карточка-предписание «Составление плана решения задачи».
Выполняемые операции
1. Определите, какие характеристики Карточка-предписание
материального объекта изменились в результате взаимодействия.
2. Выясните причину, обусловливающую данное изменение состояния объекта.
3. Запишите причинно-следственную связь между воздействием при данных условиях и изменением состояния объекта в виде уравнения.
4. Выразите каждый член уравнения через физические величины, характеризующие состояния объекта и условия взаимодействия.
5. Выделите искомую физическую величину.
6. Выразите искомую физическую величину через другие известные.
Формирование этого действия проводится до тех пор, пока оно не будет выполняться безошибочно всеми учащимися.
Четвертый и пятый этапы решения задач проводятся традиционно.
После освоения всех действий, составляющих содержание метода поиска решения физической задачи, полный их перечень выписывается на карточку, которая служит ученикам ориентиром при самостоятельном решении задач в течение нескольких уроков.
Экспериментальное обучение показало, что метод поиска решения задач усваивается учащимися сравнительно легко и позволяет им справляться даже с теми задачами, которые в настоящее время считаются трудными. Ценно и то, что этот метод, усвоенный учащимися при изучении одного из разделов курса физики (когда он становится стилем мышления), успешно применяется при решении задач любого раздела.