Обобщение опыта по теме: Активизация познавательной деятельности учащихся на уроках физики при решении задач
Муниципальное казенное образовательное учреждение
средняя школа № 1
г. Приволжска
обобщение опыта по теме:
« Активизация познавательной деятельности
учащихся
на уроках физики при решении задач ».
Подготовила: учитель физики
Романова Юлия Евгеньевна
20014г.
Содержание
1. Введение 2
2. Физические задачи и их роль в преподавании физики. 4
3. Виды физических задач. 6
4. Методы решения физических задач. 8
5. Физические задачи в современной школе. 20
6. Литература. 22
глава 1.
Введение.
«Человек знает физику, если умеет решать задачи »
Энрико Ферми.
При определении основных тенденций развития образования как в России, так и в мире ведущую роль занимают такие факторы, как возрастание роли умственной деятельности во всех областях человеческого бытия, повышение творческого потенциала личности. В связи с этим всё более и более значимыми в области образования подрастающего поколения становятся задачи развития, в свою очередь, обеспечивающие рост интеллектуального уровня учащихся. Ведь хорошо известно, «что образование это то, что остаётся, когда всё выученное забыто».
Поговорим о роли физики в образовательном процессе в целом и о роли физических задач в курсе преподавания физики.
Получать специальные знания в соответствующих областях техники и технологии, сформировать определённую культуру научного мышления можно только на добротной основе естественнонаучного образования. Фундаментом естественных наук является физика, между тем, результаты социологических опросов, приведённые в статье Л.Ашкенази, свидетельствуют о резком снижении интереса к физике как учебному предмету. 23% опрошенных школьников хотели бы сократить преподавание физики, а 7% хотели бы вообще убрать этот предмет из школьного курса. Края шкалы предметов « от любви до ненависти» выглядят так: психология +18, и на предпоследнем месте ( всего 10 предметов ) – физика-14.
Указанные факты свидетельствуют об отсутствии понимания учащимися роли науки физики как в окружающем их мире, в их жизни, так и в развитии науки и техники в целом. Снижение интереса у учеников к физике, как школьному предмету наблюдается во всём мире. Пересматривая содержание школьного физического образования , разрабатывая новые мощные образовательные технологии, методисты зачастую оставляет «за бортом» идею о связи физики с миром за окном школы, с тем , что «можно пощупать» , осмотреть, исследовать или даже использовать на благо себе. Согласно современным концепциям развития школьного образования, ученик из пассивного объекта обучения должен превратиться в активного и целеустремлённого субъекта. При этом ведущей деятельностью школьника становится познавательная деятельность,
для успешного осуществления которой большое значение имеет развитый познавательный интерес. Именно он способен активизировать мышление учеников, превратить учение в поиск и присвоение новых знаний, а не принудительно- бессмысленное зазубривание основных формулировок и формул. Для пробуждения и развития познавательного интереса важно, чтобы школьники осознавали необходимость, практическую и научную значимость тех знаний, которые им предстоит усвоить. Этот факт уже осознан преподавателями физики как в России, так и во всём мире. В подавляющем большинстве докладов международных преподавательских конференций из года в год красной нитью проходит идея о том , что физика- это наука о мире, окружающем нас каждый день, мы сталкиваемся с физическими законами на каждом шагу, ежедневно, ежечасно, ежеминутно .Физика восхитительна, надо наслаждаться физическим объяснением окружающих явлений. Надо учить детей наслаждаться физикой. На примерах из окружающей жизни и надо объяснять физические законы, а не придумывать отвлечённые скучные опыты, не вдаваться в надуманные ситуации.
Одной из причин неприятия физики как предмета обучения, по моему мнению, является искусственность предлагаемых на уроках задач, оторванность их от знакомого окружающего мира. Между тем, именно физические задачи могут и должны пробуждать и стимулировать познавательный интерес учащихся к физике.
Итак. физические задачи. какова их роль при изучении школьного предмета физики. как превратить их не только в средство развития интереса к предмету. но и в инструмент познания окружающего мира. Эти вопросы будут рассмот-
рены в этой работе.
глава 2.
Физические задачи
и их роль
в преподавании физики в школе.
Решение физических задач играет основную роль в развитии мышления и формировании навыков самостоятельной работы. Именно умение решать задачи наиболее полно характеризует уровень усвоения знаний, показывает, как ученики могут практически применять имеющиеся знания.
Вопросами методики решения задач занимается специальная наука - рациология, оформившая ся в науку в начале 70-ых годов прошлого века . Многие авторы из различных областей зна ний исследовали методики решения задач, их образовательную ценность. Однако в последнее время в зарубежных школах наблюдается тенденция использования в обу чении физике в основном простых качественных и оценочных задач. При этом комплексные физические задачи с длительными численными выкладками и анализом полученных результа тов применяются все реже. В отличие от иностранных школ в современной российской школе физические задачи считаются мощным орудием изучения предмета, и при этом не только фи зики. В последнее время все больше и больше пишут и говорят о необходимости совместного или скоординированного преподавания физики и математики. Эти два предмета школьной про граммы способны значительно обогатить друг друга.
Существует много определений физической задачи. Мы предлагаем следующее.
Физическая задача реальная ситуация, с которой приходится иметь дело в учебной, науч ной или повседневной деятельности, когда необходимо определить неизвестные величины на основе знания их связей (физических или логических законов) с известными параметрами. Это сродни мысленному эксперименту.
Основная цель использования физических задач в обучении заключается в том, чтобы научить школьников применять имеющиеся знания к анализу процессов и явлений, решению конкрет ных практических задач, что, в свою очередь, способствует более глубокому пониманию физи ческих закономерностей.
Анализ использования задач в процессе обучения физике позволил выделить следующие их функции.
Познавательная функция заключается в том, что, осуществив соответствующий подбор мате риала физических задач, можно знакомить учащихся с новым материалом, расширяя область их знаний, подготовить ребят к усвоению дальнейших частей изучаемого курса. Решение задач содействует более отчетливому формированию физических понятий, более разностороннему и глубокому пониманию, прочному освоению ими получаемых знаний.
Реализация единства теории и практики при решении физических задач проявляется в умениях применять физические законы к объяснению явлений природы и к решению практиче ских вопросов. При этом физические формулы как бы «оживают», наполняются конкретным содержанием.
Решение физических задач закрепляет знание и применение наименований физических вели чин, формирует навыки работы с таблицами постоянных величин, физическими справочника ми, то есть формирует навыки самообразования.
С помощью физических задач наглядно демонстрируются межпредметные связи физики, в пер вую очередь с математикой, а так же с техникой, астрономией, химией, географией и биологией.
Функция контроля знаний обусловлена тем, что именно решение задач позволяет определить уровень усвоения учащимися того или иного материала,
а также проверить, насколько качественны эти знания. Специально подобранные задачи, в которых рассматриваются разно образные, охватывающие много тем внутри физики, явления и процессы, позволяют осущест вить повторение пройденного материала по разным разделам школьной программы. Решение физических задач позволяет преодолеть основной недостаток современного обучения формализм знаний.
В обучении физические задачи можно использовать на уроках различного типа. Например, на уроке объяснения нового материла к пониманию явления невесомости и перегрузок учащихся хорошо подготавливает решение задач на определение измерения веса тела в ускоренно поднимающемся или опускающемся лифте. Но особенное значение задачи приобретают при закреплении материала, так как только умение решать задачи характеризует степень осознанности пройденного материала, прочность и глубину знаний.
глава 3.
Виды физических задач.
Задачи можно классифицировать по различным признакам.
1. По содержанию: абстрактные и конкретные, с производственным и
культурно- историческим содержанием, занимательные.
2. По дидактической цели: тренировочные, контрольные, творческие.
3. По способу задания условия: текстовые, графические, задачи- рисунки,
задачи- опыты.
4. По степени трудности: простые( содержат одно- два действия, используют
один физический закон ), сложные, комбинированные.
5. По характеру и методу исследования: количественные, качественные,
экспериментальные.
Количественные ( расчётные) задачи особенно необходимы при изучении тех тем программы, которые содержат ряд количественных закономерностей
( законы динамики, законы постоянного тока и т.д.), так как без них учащиеся не смогут осознать достаточно глубоко физическое содержание этих законов. Здесь надо обратить внимание на необходимость количественного исследования полученных результатов. Ведь физический процесс может пойти по разным путям развития.
Примеры.
Во сколько раз уменьшится энергия магнитного поля катушки, если силу тока
уменьшить на 50%?
Тело массой 30г, брошенное с поверхности Земли вертикально вверх, достигло
максимальной высоты 20м. Найти модуль импульса силы, действовавшей на
тело в процессе бросания. Сопротивлением воздуха пренебречь.
Графические задачи позволяют наглядно наиболее ярко и доходчиво выражать функциональные зависимости между величинами, характеризующими процессы, протекающие в окружающей нас природе и технике (особенно при изучении различных типов движения в механике, газовых законов). В некоторых случаях только с помощью графиков могут быть представлены процессы, которые только на более поздних стадиях обучения физике можно выразить аналитически ( например, работа переменной силы ). Решение графических задач тесно связано с изучением графиков функций в курсе математике. Изучение одного и того же материала в разных курсах взаимно обогащает предметы, и наполняет конкретным смыслом казалось бы отвлечённые математические примеры.
Примеры.
Тело, имеющее начальную скорость 50м/с, двигалось прямолинейно с
постоянным ускорением и через 10с остановилось. Построить график скорости
тела и, используя этот график, найти перемещение и путь, пройденные телом.
Начертить графики изотермического расширения идеального газа данной
массы в координатах P,V; T,V; P,T.
Экспериментальные задачи, данные для которых получают из опыта при
демонстрации, или же при выполнении самостоятельного эксперимента, при решении этих задач учащиеся проявляют особую активность и самостоятельность. Преимущество экспериментальных задач перед текстовыми заключается в том, что первые не могут быть решены формально, без достаточного осмысления физического процесса. Однако при современном наполнении школьных кабинетов физики приборами, круг таких задач сильно ограничен.
Примеры.
При изучении физического прибора реостата с помощью экспериментальных
задач учащиеся уясняют разницу в использовании реостата как прибора,
регулирующего ток в цепи, и в качестве делителя напряжения (потенциометра).
Творческие задачи наиболее приближены в своей постановке к тем, с
которыми человек встречается в своей практической, в том числе и исследовательской, деятельности. Название « творческие» условно, так как творческими эти задачи являются лишь в отношении решающего их субъекта, добывающего новые для себя знания. Выделяют «исследовательские» (требует ответа на вопрос «почему?») и конструкторские (отвечают на вопрос « как сделать»?) задачи, творческие задачи вносят существенный вклад в развитие мышления учащихся, хотя их в учебном процессе бывает немного.
Примеры.
Почему с улицы днём трудно рассмотреть внутренность комнаты через оконные стёкла, не приближая лица вплотную к стеклу?
Часто под действием солнечных лучей снег на покатых крышах тает, а на почве нет. Почему?
Качественные задачи - это задачи, для решения которых не требуется вычислений; использование таких задач способствует развитию речи учеников, формированию у них умения ясно, логически и точно излагать мысли, оживляет изложение материала, активизирует внимание учащихся.
Примеры.
Почему у подъёмных кранов крюк, который переносит груз, закреплён не на
конце троса, а на обойме подвижного блока?
почему, несмотря на непрерывное выделение энергии в электрической печи или
утюге, обмотка последних не перегорает?
Задачи с неполными данными чаще всего встречаются в жизни, когда недостающие сведения приходится добывать из таблиц, справочников, либо путём измерений или предположений. Решение задач этого типа способствует формированию навыков учащихся и обучению самостоятельной работе со справочной литературой.
Примеры.
Какой максимальный груз может выдержать алюминиевая (медная, стальная и т.п.) проволока при заданном сечении?
при какой наименьшей длине обрывается от собственного веса стальная проволока, подвешенная за один конец?
глава 4
Методы решения физических задач.
Существуют несколько методов решения задач: алгоритмический, синтетический, алгоритмический, эвристический.
Первые два метода равноценны и обычно применяются одновременно, так как в
процессе мышления анализ и синтез неразделимы.
Дадим краткую характеристику каждому методу.
I. Аналитический метод предполагает разбиение сложной задачи на ряд простых (анализ). Решение начинается с отыскания закономерности, которая даёт непосредственный ответ на вопрос задачи. Окончательная расчётная формула получается путём синтеза ряда частных закономерностей.
II. Синтетический метод характеризуется тем, что решение задачи начинается не с искомой величины, а с величин, которые могут быть найдены непосредственно из условия задачи. Решение развёртывается постепенно, до тех пор, пока искомая величина войдёт в очередную формулу. При таком подходе решение задачи опять же надо начинать с анализа явления.
Приведём пример.
Задача. Найти давление на почву гусеничного трактора весом 10т, если длина опорной части гусеницы 2м, а ширина 50см.
Анализ.
Чтобы определить давление трактора на почву, надо знать его вес и площадь опоры. Вес трактора дан в задаче, площадь опоры в содержании задачи не указана. Для определения общей площади опоры, т.е. площади опорной части двух гусениц, надо узнать площадь опоры одной гусеницы и умножить её на 2. Площадь опорной части одной гусеницы можно определить, т.к. известны её длина и ширина.
Синтез.
Рассуждение ведут в обратном порядке, в ходе которого составляют план решения и производят необходимые вычисления. Последовательность рассуждения следующая.
Зная ширину и длину опорной части гусеницы, можно определить опорную площадь одной гусеницы. Для этого надо перемножить длину на ширину. Зная опорную площадь одной гусеницы и зная, что у трактора две гусеницы, можно узнать общую площадь опоры трактора. Для этого надо найденную площадь, т.е. площадь опорной части одной гусеницы умножить на 2. Зная вес трактора и площадь опоры, можно определить давление трактора на почву. Для этого надо вес трактора разделить на площадь его опоры.
III. Эвристический метод позволяет ученику после проведения анализа условия задачи и его записи, найти ответ на такие вопросы: что требуется найти в задаче? Какую величину можно определить из условия задачи? Продвигает ли нахождение этой величины к достижению поставленной цели? Если нет, то какую следующую величину можно определить?
Приведём пример.
Задача. В сеть с напряжением 220в нужно включить лампы, рассчитанные на напряжение 110в: две лампы мощностью 25вт, одну- 50вт, одну- 100вт. По какой схеме нужно включить лампы в сеть, чтобы накал их был нормальным?
После анализа и записи условия задачи ученику нужно ответить на вопросы: что требуется определить в задаче и что можно определить, исходя из тех данных, которые указаны в условии?
Условие этой задачи позволяет рассчитать сопротивление ламп по их мощности и напряжению ( R=U2/P ) или (что лучше) сравнить сопротивления этих ламп. Из формулы R=U2/P (или расчетов) вытекает, что если сопротивление лампы в 100вт принять за r , то сопротивление лампы в 50 вт будет в 2, а сопротивление ламп по 25вт в 4 раза больше. Получив этот промежуточный результат, необходимо его соотнести с условием задачи и попытаться понять насколько удалось продвинуться в её решении. Очевидно, условие задачи теперь можно переформулировать так: имеется четыре лампы, сопротивление которых r ,2r ,4r ,4r. Их надо соединить так, чтобы образовалось два участка цепи, обладающих одинаковым сопротивлением
(тогда на каждом из них будет напряжение 110в), причём так, чтобы каждая из ламп находилась под напряжением 110в. Эта задача легко решается: надо лампы по 50вт и 25вт соединить параллельно с этим разветвлением, включить лампу на 100в.
IV. Алгоритмический метод применяется во многих темах курса физики, представляет собой перечень алгоритмических предписаний, руководствуясь которыми учащиеся осуществляют поиск решения задачи.
В 10 классе решаются очень сложные для учащихся задачи по кинематике и динамике, включающие нередко системы уравнений и большое количество операций в процессе решения. Здесь усложняются и сами физические ситуации, которые приходится учащимся анализировать в процессе нахождения способа решения. В решении этой проблемы большую роль играет использование алгоритмов, которые значительно ускоряют процесс овладения методами решения. Особенно алгоритмы важны при решении задач по кинематике и динамике.
Алгоритм решения задач
по кинематике
I.Прочитать условие задачи, кратко записать его.
II. Выбрать тело отсчёта.
III. Записать в векторной форме основные уравнения кинематики.
IV. Задать направление осей координат.
V. Осуществить перевод уравнений из векторной формы в скалярную (записать
в проекциях на избранные направления координатных осей).
VI. Решить полученную систему уравнений относительно искомых величин в
общем виде.
VII. Проверить, все ли величины выражены в одной системе. Произвести
необходимые преобразования.
VIII. Проверить правильность решения в общем виде путём операций с
наименованием величин, входящих в формулу.
IX. Произвести вычисления и оценку полученного результата.
Алгоритм решения задач
на законы динамики Ньютона.
I.Прочитать условие задачи, выделить заданные условия тела.
II. Выполнить анализ взаимодействия тел.
III. Кратко записать условие задачи.
IV. Выполнить рисунок, изобразив на нём взаимодействующие тела.
V. Изобразить вектора сил, действующих на каждое тело, показать направление
векторов перемещения и ускорения.
VI. Записать в векторной форме уравнения для равнодействующих сил,
действующих на каждое тело в отдельности.
VII. Выбрать наиболее рациональную в данных условиях систему отсчёта
( или направление числовой оси) .
VIII. Осуществить запись уравнения (или системы уравнений) движения тел в
скалярной форме.
IX. Записать дополнительные уравнения кинематики (если в этом есть
необходимость) на основе анализа условия задачи.
X. Решить в общем виде полученную систему уравнений относительно
неизвестных.
XI. Привести все величины, входящие в найденное в общем виде решение, к
одной системе единиц.
XII. Проверить правильность решения в общем виде путём операций с
наименованиями величин, входящих в формулу.
XIII. Подставить числовые данные в решение общего вида, произвести
вычисления.
VIX.Оценить полученные значения неизвестных величин.
Алгоритм решения задач
на закон сохранения импульса.
I. Выяснить, какие тела взаимодействуют.
II. Выяснить, в каких направлениях система замкнута.
III. Выполнить чертёж, указав на нём векторы импульсов.
IV. Выбрать оси координат и разложить импульсы тел по данным осям.
V. Записать сумму импульсов по выбранным направлениям до взаимо-
действия и после.
VI. Записать уравнение, выражающее закон сохранения импульса.
VII. Решить уравнение относительно искомой величины.
VIII. Привести все величины, входящие в найденное уравнение, к одной
системе единиц.
IX. Проверить правильность найденного решения путём операций с на
именованиями величин.
X. Подставить в формулу числовые значения величин, произвести вычисления.
XI. Оценить достоверность полученного значения искомой величины.
Как показывает опыт, в начале решения задач с использованием алгоритмов необходимо, чтобы учащиеся давали письменное объяснение. И только после того, как система решения хорошо усвоена учеником, можно необходимое письменное объяснение комбинировать с устным. В качестве итога всех рассуждений вычерчивается схематический чертёж, аккуратно, обязательно карандашом, чтобы можно было сделать исправления, если обнаружатся ошибки.
Приведу примеры решения задач с использованием разных алгоритмов.
глава 5.
Физические задачи в современной школе.
Введём современную классификацию задач.
1. Информационные задачи.
Обеспечивают получение новой информации из чтения задач.
Примеры.
Первый в мире облёт Земли на космическом корабле «Восток» Ю.А.Гагарин совершил за 89,1мин со средней скоростью 28000км/ч. Какой путь был пройден этим космическим кораблём за данное время?
Атомный ледокол «Арктика» 17 августа 1977г. достиг впервые в истории мореплавания Северного полюса. Рассчитайте среднюю скорость его движения, если первую половину пути он шёл со скоростью 39км/ч, а вторую (во льдах) – со скоростью 15км/ч?
2. Межпредметные, занимательные задачи.
Эти задачи познавательного характера. Часто в них требуется дополнительная информация из других предметов школьной программы- химии, географии и т.д.
Примеры.
Можно ли одним пальцем произвести давление 10000 атм ?
Почему не удаётся встать со стула, не нагибая корпуса вперёд?
Как объяснить, что при сгорании топлива выделяется некоторое количество теплоты (нефть, мазут, дрова)?
3. Эвристические задачи.
Творческие задачи, предполагающие при их решении эвристических приёмов. Решение таких задач происходит в подсознании. Такое решение можно назвать интуитивным. Основное отличие этого типа задач - свёрнутое восприятие всей проблемы сразу.
Примеры.
Почему с улицы днём трудно рассмотреть внутренность комнаты через оконные стёкла, не приближая лица вплотную к стеклу?
Часто под действием солнечных лучей снег на покатых крышах тает, а на почве нет. Почему?
4. Редуцированные задачи.
Их решение не требует нестандартных приёмов. Часто их называют типовыми.
Примеры.
Прямоугольный бассейн площадью 250м2 и глубиной 4м наполнили водой. Каково давление воды на его дно?
Сколько сухих дров надо сжечь, чтобы нагреть воду массой 100кг от 10 С0 до кипения?
5. Интегративные задачи.
Это нестандартные творческие задачи, которые содержат явно не обозначенные пути решения. Ядром такой задачи является ситуация. По
содержанию интегративная задача – межпредметная. Текст такой задачи позволяет ученикам получить новые знания.
Пример.
Найти освещённость поверхности Земли, создаваемую нормально падающими солнечными лучами. Яркость Солнца 1,2кд/м2. Расстояние от Земли до Солнца 1,5 108км, радиус Солнца 7 105км.
Какой же тип задач предпочтительней?
Опыт показывает, что все задачи в обучении физике необходимы, но каждый тип задач « отвечает» за формирование определённого структурного элемента физического знания.
Информационные, межпредметные, занимательные и редуцированные задачи – это основа для формирования физического мировоззрения у школьников.
Эвристические - это задачи, пробуждающие интерес к физике вообще, дающие понимание, что все явления природы вокруг нас подчиняются физическим законам.
Интегративные задачи лучше всего использовать для закрепления материала и упрочнения физических знаний.
Особое внимание следует уделять подбору задач для повторения пройденного материала.
Итак, физические задачи являются важной составной частью процесса обучения физике. Успех обучения решению задач в значительной мере зависит от того, пользуется ли учитель обобщённым методом решения задач, или каждая частная задача решается своим методом.
Именно анализ реальных жизненных ситуаций способствует, наряду с обучением, развитию творческих, исследовательских способностей учащихся.
В последнее время именно по умению решать физические задачи оценивается знание учениками физики.
15