Методика решения физических задач

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Методика решения физических задач

Методика решения задачи зависит от многих условий: от её содержания, подготовки учащихся, поставленных перед ними целей и так далее. Тем не менее, существует ряд общих для большинства задач положений, которые следует иметь в виду при их решении. Количество задач в курсе физике средней школы весьма велико. В 7 - 10 классах учащиеся должны усвоить около 170 основных формул. Поскольку в каждую формулу входит не менее трёх величин, то, очевидно, только на основные физические закономерности школьники должны решить сотни задач.

Главное условие успешного решения задач - знание учащимися физических закономерностей, правильное понимание физических величин, а также способов и единиц их измерения. К обязательным условиям относятся и математическая подготовка учеников. Затем на первый план выступает обучение, как некоторым общим, так и специальным приёмам решения задач определённых типов. Идеальным было бы создание для них алгоритмов решения, то есть точных предписаний, предусматривающих выполнение элементарных операций, безошибочно приводящих к искомому результату. Однако многие задачи нерационально решать, а иногда и просто нельзя решить алгоритмическим путём. В одних случаях для решения задачи вообще не имеется алгоритма, в других он оказывается очень сложным и громоздким и предлагает перебор громадного числа возможных вариантов. Для большинства физических задач можно указать лишь некоторые общие способы и правила к решению, которые в методической литературе иногда преувеличенно называют алгоритмами, хотя скорее это «памятки» или «предписания» алгоритмического типа.

Некоторые общие способы решения задач описаны, например, в рекомендациях.

Систематическое применение общих правил и предписаний при решении типовых задач формирует у школьников навыки умственной работы, освобождает силы для выполнения более сложной творческой деятельности. Задачи нужно решать в определённой системе с логикой изучаемого материала при максимальном внимании к общим фундаментальным закономерностям и фактам. Без этого каждая задача будет восприниматься, как нечто новое и перенос умений решения одних задач на решение других будет затруднён. Однако усвоение готовых и общих положений ещё недостаточно для успешного решения всего многообразия физических задач.

Решение задачи - это активный познавательный процесс, большую роль в котором играют наблюдения физических явлений и эксперимент. Наблюдения и эксперимент позволяют создать соответствующие образы и представления, уточнить условия задачи, получить недостающие данные, установить зависимость между величинами и так далее. Той же цели служат рисунки, чертежи и графики.

Решение задачи как мыслительный процесс - это процесс анализа и синтеза.

Формулировка задачи имеет большое значение. Она, как правило, должна быть ясной и лаконичной. Основные и существенные данные её должны выступать на первый план, не заслоняясь побочными обстоятельствами.

Анализ условия задачи позволяет представить общую картину описанного в ней явления, при этом устанавливается, какие данные или обстоятельства важны и какие несущественны для рассматриваемой ситуации. Для того чтобы познать явление, установить ту или иную физическую закономерность, нередко необходимо его упростить, абстрагироваться от реальных условий, где явление никогда не существует в «чистом» виде. Одни упрощения оговариваются в условии задачи с самого начала, другие приходиться делать по мере её решения. Таким образом, условие задачи уточняется, задача получает иную формулировку.

Анализируя задачу, необходимо определить, какие правила, формулы или закономерности следует применить в данной конкретной ситуации. А это составляет главную трудность для учащихся. При анализе задачи должно выделяться и то общее, что относит её к тому или иному типу, и то особенное, что составляете характерную черту. Успешное усвоение общих правил и предписаний возможно только в процессе активной деятельности учащихся, особенно при решении проблемных и творческих задач.

Большое значение для формирования у учащихся навыков решения задач имеют единые требования к технике оформления записей, усвоение приёмов рациональных вычислений и так далее. Большинство задач нужно стараться решать в общем виде, а уже затем производить числовые расчёты. Это экономит время, так как промежуточные числовые вычисления могут оказаться лишними, а также облегчает проверку решения и его анализ.

Числовые значения величин целесообразно подставлять в формулы с наименованиями. Это обязывает следить, чтобы все единицы величин были взяты в одной системе. На первой ступени обучения перевод физических данных задачи в одну систему единиц выполняют арифметически, а затем постепенно школьников приучают пользоваться общим правилом, когда наименования величин подставляют в конечную формулу и производят алгебраические преобразования.

Следующий этап - выполнение вычислений. На них нередко тратят много времени. Происходит это главным образом из - за неумения применять математические знания на практике. Поэтому при решении задач на первый план нужно выдвигать физическую сторону вопроса, а затем искать пути и средства рациональных математических вычислений, в частности приучать учащихся пользоваться справочными таблицами и микрокалькуляторами.

С правилами вычислений учащиеся знакомятся на уроках математики до изучения физики. Однако применяют их главным образом на занятиях по физике.

В заключении проводят проверку и анализ решения. Сначала проверяют порядок полученной величины (с помощью прикидки), производя более грубое, чем это положено правилами действий с приближёнными числами, округление чисел и комбинируя действия с ними таким образом, чтобы облегчить выполнение математических операций в уме. Такую проверку ответов должен постоянно делать учитель, приучая к этому и учащихся, которые нередко ошибаются в «запятых», не имея навыков приближённых подсчётов. В простейших случаях подсчёты делают устно, а в более сложных используют краткие вспомогательные записи или микрокалькулятор.

Для проверки и анализа ответа важно логически оценить его правдоподобность, в том числе с помощью метода размерностей. Полезно и целесообразно в ряде задач использовать эксперимент или решить одну и ту же задачу несколькими способами.

Решение задачи начинают с внимательного её прочтения и изучения условия. После этого полезно попросить одного из учеников повторить условие. Это приучает учащихся внимательно слушать и вдумываться в содержание задачи. Здесь, по существу, уже начинается переформулирование задачи и первый этап её решения. Полезно по условию задачи собрать и продемонстрировать соответствующую установку, которую в начале используют для создания необходимых представлений, а в конце - для оценки полученного ответа.

Выяснив значение новых терминов и непонятных выражений, пишут слово «Решение», а данные задачи записывают традиционно (в столбец) в том порядке, как они встречаются в условии. Ниже («на всякий случай») оставляют несколько строк для табличных данных и делают соответствующий чертёж.

Сначала описанное в задаче явление обстоятельно рассматривают с качественной стороны (поспешное применение формул без должного анализа условий - типичная ошибка многих учащихся). Большинство задач решают аналитико - синтетическим методом. Но при этом всё же нужно приучать учащихся начинать решение «с конца», то есть с анализа связей, в которые входит искомая величина.

2. Формирование общего метода решения типовых задач

В начале учебного года ученикам даётся общий план решения физических задач, и учитель приучает их работать по этому плану. План таков:

1. Внимательно прочитай и продумай условие задачи.

2. Запиши условие в буквенном виде.

3. Вырази все значения величин в единицах СИ.

4. Выполни чертёж, рисунок, схему.

5. Проанализируй, какие физические процессы, явления происходят в ситуации, описанной в задачи, выявите те законы (формулы, уравнения), которым подчиняются эти процессы, явления.

6. Запиши формулы законов и реши полученное уравнение или систему уравнений относительно искомой величины с целью нахождения ответа в общем виде.

7. Подставь числовые значения величин с наименованиями единиц их измерения в полученную формулу и вычисли искомую величину.

8. Проверь решение путём действий над наименованиями единиц, входящих в расчётную формулу величин.

9. Проанализируй реальность полученного результата.

Перед уроком решения задач учитель записывает на классной доске ход решения типовой задачи по изучаемой теме со всеми математическими выкладками, и вывешивают специальный плакат с алгоритмом решения (названием каждого действия). В качестве примера выбирает простую задачу, причём такую, решение которой легко поддаётся алгоритмизации - составлению чёткой последовательности действий и рассуждений (пункты общего плана в алгоритм не включают: благодаря его постоянному использованию ученики усваивают главные этапы решения физических задач).

В начале урока, не спеша, по готовой записи на доске учитель рассказывает, как решается задача, называя каждое действие соответственно алгоритму. Ребята при этом ничего не записывают, только внимательно слушают (при ведении записей восприятие ухудшается).

Затем, закрыв решение задачи «крыльями» доски, включают магнитофон, и ученики прослушивают записанный заранее на магнитную ленту алгоритмы решения задач рассматриваемого типа. После этого учитель предлагает воспроизвести решение объяснённой задачи в тетрадях, регламентируя работу по времени: на выполнение каждого пункта алгоритма отводится определённое время (оно зависит от особенностей алгоритма и корректируется с учётом опыта его применения). Такая регламентация обеспечивает внимание учеников и вырабатывает привычку действовать в нужном темпе.

Аналитико-синтетический метод в решении физических задач.

Аналитико-синтетический метод - основной метод решения задач по физике в средней школе во всех классах. Удачное применение его в учебном процессе позволяет вести учащихся по правильному пути отыскания решения задачи и его оформлению и способствует развитию их логического мышления.

В методических пособиях по физике довольно часто анализ и синтез рассматриваются как два самостоятельных метода. Однако такое разделение нельзя понимать буквально. Синтез и анализ в решении задач так же неразделимы, как индукция и дедукция в процессе мышления. При решении физических задач используют анализ и синтез, взятые в совокупности, то есть практически применяют аналитико-синтетический метод.

При этом методе решения путём анализа, начиная с вопроса задачи, выясняют, что надо знать для её решения, и, постепенно расчленяя сложную задачу на ряд простых, доходя до известных величин, данных в условии.

Затем с помощью синтеза рассуждения проводят в обратном порядке: используя известные величины и подбирая необходимые соотношения, приводят ряд действий, в результате которых находят неизвестное.

3. Обучение школьников решению задач

Для начинающих учителей физики решение задач с учащимися - одно из труднейших звеньев учебного процесса. При неудачной его организации большинство учащихся начинают считать физику очень трудным предметом, так как плохо справляются именно с решением задач. Чтобы научить ребят этому, следует дать им представление о том, что их работа должна состоят из трёх последовательных этапов: 1) анализа условия задачи (что дано, что требуется найти, как связаны между собой данные и искомые величины и так далее), 2) собственно решение (составление плана поиска нужных величин и его осуществление), 3) анализ результата решения.

Кроме того, важно (особенно в начальный период), чтобы обучение проходило в атмосфере взаимодействия и сотрудничества учителя и учащихся, как их совместная деятельность. Поэтому в каждой конкретной задачи необходимо предусмотреть предварительный этап работы учителя для определения дидактических целей постановки этой задачи, её роли в достижении намечаемых результатов урока, оценки познавательной содержательности задачи, соразмерности её сложности с уровнем подготовленности учащихся (что позволит упростить или усложнить её условие), для привлечения данных краеведения, природного и производственного окружения (ими можно заменить приведённые в условии величины) или мировоззренческих, патриотических, нравственных и других элементов воспитания (переформулируя условие). Полезно стимулировать учеников к решению задачи, усиливая или её занимательность, или практическую ценность получаемого к ней ответа.

Заранее (до постановки задачи на уроке) следует продумать и выбрать методику работы: форму подачи содержания задачи (громкое прочтения условия, раздача всем ученикам листов с текстом задачи, демонстрация слайдов, опыта и прочее), организацию решения (самостоятельное каждым учащимся, коллективное с обсуждением только плана, коллективное с записью на доске хода решения и так далее), анализа ответа (оценка его правдоподобности, проверка опытом, сравнение с табличными данными и тому подобное).

При анализе условия задачи должна превалировать деятельность учащихся. Учитель лишь побуждает их к ней вопросами о смысле и значении слов и терминов, встречающихся в содержании задачи, предложением иллюстрировать его рисунком, графиком, постановкой эксперимента; в случае необходимости расчленяет задачу на части, выделяя к каждой вопрос. Ученики под руководством учителя устанавливают явные и «скрытые» данные определяют, какие величины можно найти в таблицах учебника, справочниках, узнать из графика, опыта.

Одна из главных целей анализа - определить объект (или систему), который рассматривается в задаче, установить его начальное и конечное состояния, а также явление или процесс, переводящий его из одного состояния в другое, выяснить причины изменения и определить вид взаимодействия объекта с другими телами (это помогает объяснить физическую ситуацию в условии, и дать её наглядное приспособление в виде рисунка, чертежа, схемы). Заканчивается анализ содержания задачи краткой записью условия с помощью буквенных обозначений физических величин (обязательно указывают наименования их единиц).

Действия учителя в это время направлены на то, чтобы сосредоточить внимание учащихся на главном, отвлечь от второстепенного, чтобы вовремя и наглядно подвести учеников к пониманию физической сути задачи. А для этого приходиться продумывать методические приёмы и способы, наиболее эффективные при решении именно рассматриваемой задачи для выявления причин происходящих процессов и явлений, а также советы учащимся, с помощью каких схем, рисунков можно наглядно раскрыть содержание физической ситуации, описанной в задаче, учесть какая допущена идеализация условий и так далее.

Приступая к решению задачи, надо напоминать ученикам о необходимости иметь план действий: представлять себе, поиск каких физических величин приведёт к конечной цели. В общем виде план решения задач может быть таким.

- Установить связи и взаимодействия рассматриваемых объектов, причины и следствия происходящих явлений и процессов. Выделить главное, пренебречь второстепенным.

- Выявить особенности изменения состояния объекта (системы).

- Определить теории и законы, которым подчиняются эти изменения.

- Записать формулы, устанавливающие связь между известными и искомыми величинами.

- Выяснить, какие физические величины неизвестны, и как их можно найти (как они связаны с данными). Если надо, разбить сложную задачу на последовательность простых, в результате решения, которых будут найдены эти, «промежуточные», величины.

- Внести при необходимости дополнения в рисунок (график, схему), сделанный первоначально.

Подготовка учителя к этому этапу работы включает нахождение ответов на следующие вопросы:

- Каким образом активизировать мышление учащихся и стимулировать актуализацию знаний, необходимых для решения задачи?

- Как направить ход рассуждений учащихся по логической цепочке: объект (система) - состояние - взаимодействия - теория - законы - физические величины - их взаимосвязи (формулы) - умозаключения?

- Какими вопросами сориентировать учащихся на установление связей: требование (вопрос задачи) - её условие; данные задачи - промежуточные требования - искомый результат?

- Как организовать эффективный поиск нужных законов и формул?

- Как обеспечить самостоятельный подход учащихся к идее (плану) решения задачи?

- Как наилучшим образом (без потерь времени и с наибольшей ясностью) обсудить планы, предложенные учащимися?

- Какую помощь и как оказывать ученикам, испытывающим затруднения?

- Как (с помощью, каких операций) сложную задачу свести к хорошо знакомым учащимся простым задачам?

- Каков должен быть оптимальный порядок этапов решения задачи?

Во время реализации плана решения задачи (то есть самого решения) ученик подбирает все необходимые данные, делает дополнительные построения на рисунке (графике, схеме), производит необходимые измерения, составляет последовательность расчетных формул (систему уравнений), выполняет нужные математические преобразования и получает формулу для определения искомой величины, выражает значения входящих в неё физических величин в единицах СИ, подставляет их в формулу и, сделав вычисления, получает численный результат.

Правильность полученной формулы необходимо проверить выполнением действий с наименованием единиц физических величин или (иногда) методом симметрии, или по соответствию физическому смыслу. (Систематически обучая ребят этим действиям и требуя их выполнения, учитель вырабатывает у школьников привычку осуществлять самоконтроль при решении задач, которая облегчает им поиск допущенной ошибки.) Правильность численного результата проверяется путём устной прикидки порядка полученной величины или оценкой правдоподобия ответа, а при возможности и с помощью измерений в эксперименте.

На этом этапе работы учителю необходимо следить за выбором учениками наиболее рационального способа решения задачи и заданием ими соответствующего математического аппарата (надо максимально использовать межпредметные связи физики и математики). Заранее надо предусмотреть, какой именно способ проверки решения в общем виде порекомендовать учащимся (правило размерностей, метод симметрии, соответствие физическому смыслу) для рассматриваемой задачи, какие «подсказки» и пояснения дать учащимся, испытывающим затруднения, как добиться понимания необходимости анализа полученного ответа и как его провести в данном случае.

Заканчивается решение должно оценкой его рациональности, выяснением существования других способов и их сопоставлением (отмечаются преимущества и недостатки каждого, а также используется дополнительная возможность проверки решения: его правильность будет подтверждена получением того же ответа другим способом решения). Следует подчеркнуть особенности этого решения по сравнению с теми, что выполнены ранее (какие приобретены новые знания и умения), возможность использования применённого способа для решения других задач. Важно исследовать условия, при которых задача имеет одно или несколько решений (или не имеет решения), и выяснить их физический смысл, рассмотреть возможность составления задач, обратных данной.

Учитель для анализа решения задачи должен прояснить для себя вопрос о том, по каким признакам оценивать рациональность выполненных действий, как стимулировать учащихся к поиску дополнительных возможностей проверки правильности решения задачи и других способов её решения. При обсуждении полученного ответа следует выяснить, как повлияла на него идеализация условия задачи (принятые приближения и допущения).

Конечно, не при каждом решении и не для любой задачи, к тому же не сразу можно реализовать отмеченные здесь этапы и элементы работы учителя и учеников. Но, имея их в виду и организовывая соответствующим образом занятия, удастся добиться того, что постепенно, исподволь, но учащиеся усвоят технологию решения физических задач. Замечено: чем детальнее продумана и представлена модель умственных и практических операций, выполняемых при решении той или иной задачи, тем успешнее проходит обучение. Поскольку оно осуществляется чаще всего посредством получения ответов на логическую совокупность следующих друг за другом вопросов (корректирующих, наводящих и других), ставить эти вопросы надо правильно, своевременно, лучше в увлекательной форме. Со временем ученики научаться правильно, формулировать вопросы, мысленно задавая их себе и проникая тем самым в физическую сущность задач, а это - главное условие успешного их решения.

4. Обучение решению задач по образцу

Всегда стоящая перед учителем физики проблема - научить учащихся решать задачи, по крайне мере типовые. Известно, что для многих типовых задач составлены алгоритмы решения (для разных типов задач они различны). Традиционная методика обучения решению задач с использованием алгоритмических предписаний такова. Первую задачу данного типа учитель обычно решает сам в качестве образца, объясняя при этом особенности применяемого плана действий (алгоритма). Затем на других сходных задачах учащиеся отрабатывают умение применять рассмотренный алгоритм.

Сейчас, когда число часов, выделяемых на изучение курса физики, уменьшено, времени на отработку алгоритмов не хватает. Это приводит к тому, что многие приёмы решения типовых задач не усваиваются учащимися, особенно в слабых классах. Здесь помощь ученикам могут оказаться разработанные дидактические материалы под названием «Решите задачу, используя образец». Они содержат:

- условие задачи, в котором предлагается рассмотреть проявление изучаемой закономерности в двух случаях (a и b),

- план (алгоритм) решения,

- образец решения задачи, проводимого поэтапно в соответствии с данными алгоритмов (для случая a),

- место для самостоятельного решения аналогичной задачи в соответствии с алгоритмом и образцом (для случая b).

решение физический задача метод

5. Использование наглядных пособий и технических средств обучения при решении физических задач

К средствам обучения физике относятся: наглядные пособия, технические средства, оборудование для лабораторных занятий, дидактические материалы, учебную литературу.

Основными видами наглядных пособий в школьных условиях являются плакаты, схемы, диаграммы, таблицы, демонстрационные предметы. Для обучения широко используется разнообразная учебная литература: школьные учебники, сборники задач, контрольных работ, методические пособия для учителей.

Эффективному применению средств обучения способствует кабинетная система, которая широко внедряется в практику школы. Порядок создания, оборудования и использования кабинетов определен в методических рекомендациях. Необходимо обеспечивать комплексное применение всех средств обучения, предоставляющих учителю возможность наилучшим образом использовать функциональные возможности оборудования.

задачами, содержанием урока, а также избранными методами изучения соответствующей темы. Из всего многообразия средств обучения, которые имеются в распоряжении учителя, важно избрать именно те, которые кратчайшим путём приведут к решению учебных задач данного урока. Не следует стремиться к чрезмерному нагромождению средств обучения, так как это приводит к распылению внимания учеников и снижению эффективности обучения. Наглядные технические, лабораторные средства должны помочь ученикам чётко и ясно освоить суть изучаемого материала, не отвлекать их на детали и второстепенные элементы темы. Вот почему необходимо при выборе средств обучения физике умело распределять их по разным этапам урока: одни применять при усвоении новых понятий, другие - в ходе упражнений, опроса и так далее.

Наглядные пособия.

Помимо физических опытов, при решении некоторых задач необходим показ объектов, а также изображений предметов или явлений, схем, чертежей таблиц или другого иллюстративного материала.

Традиционно рисунки, схемы и графики включались в условие физических задач как пояснение к тексту или как основной объект исследования. В целях связи обучения с жизнью, профессиональной ориентации учащихся и формирования у них практических умений и навыков этому виду наглядности при решении задач в настоящее время уделяется значительно больше внимания. Примером служат дидактические материалы, в том числе дидактические карточки, содержащие рисунки физических приборов, механизмов и машин. Используя иллюстрации, ученики отвечают на вопросы и производят расчёты физических величин. Одновременно они упражняются в определении цены деления шкал измерительных приборов, снимают показания, изучают паспортные данные и так далее. Широкое распространение такого рода задач, основанных на иллюстрациях, позволило выделить их в отдельную группу, названную «наглядными задачами». Учащиеся решают такие задачи, используя карточки или таблицы. Аналогична по исполнению «Физика в рисунках», призванная с помощью красочно выполненных рисунков показать физические явления в природе и технике, научить учащихся искать их и «видеть везде, всегда и во всём». Данный подход должен найти своё продолжение в домашних опытах и наблюдениях учащихся.

Чтобы дидактические наглядные пособия «работали» при изучении физики, и в частности решении задач, необходимо соблюдать ряд условий.

1) Рекомендуется на демонстрационном столе выставлять хорошо видимую установку, соответствующую той, которая изображена на дидактических карточках.

2) Дидактические карточки должны использоваться систематически, чтобы учащиеся хорошо усвоили приёмы работы с ними. В противном случае положительный эффект не окупиться временем, затраченным на освоение непривычно оформленного материала физической задачи. Выполнение этого требования облегчается большой информационной ёмкостью карточек, позволяющей на их основе рассмотреть много вопросов, притом в разных классах. Разумеется, в каждом отдельном случае основное условие или ситуация, заданная рисунком, дополняется новыми вопросами. Но и чрезмерное употребление карточек нежелательно, потому что оно будет идти в ущерб другим формам и методам изучения материала. В целях активизации и разнообразия познавательной деятельности учащихся, а также экономии времени для контроля знаний, умений и навыков полезно на основе карточек проводить программированные упражнении.

3) Работы с дидактическими карточками, предназначенными для индивидуальной работы учащихся, следует сочетать с использованием аналогичных демонстрационных плакатов и схем. Особенно это необходимо в начале занятий в целях инструктажа и в конце - для анализа полученных результатов и опроса учащихся.

Технические средства обучения.

Изготовление демонстрационных плакатов, используемых при решении задач, трудоёмко. Поэтому в тех же целях целесообразно широко использовать эпипроекцию разного по тематике иллюстративного материала (дидактических карточек, цветных картинок, рисунков из учебников и другой литературы). Проектирование удобно осуществлять на небольшой экран, натянутый на фанеру, на котором можно проводить вспомогательные линии цветными мелками.

Упражнения и задачи можно задавать на основе диафильмов. Чаще всего это качественные задачи - вопросы, которые позволяют использовать рисунки и фотоснимки с техническим и производственным значением. Такие задания в ряде случаев сочетаются со схематическими рисунками учащихся, а, если необходимо, то и с расчётами.

Технические средства целесообразно использовать следующим образом.

1) Проецируют на экран условие задачи, в том числе заранее подготовленной на прозрачной плёнке. Это значительно экономит время и облегчает труд учителя.

2) Демонстрируют шкалы измерительных приборов с целью определения их цены деления. Такие шкалы желательно изготовить с подвижными частями, используя наложение изображений двух плёнок или передвижные указатели (стрелки, рейтеры и так далее).

3) Анализируют решения задач. По указанию учителя отдельные учащиеся переносят полученные ими (в том числе и дома) решения на прозрачную плёнку, содержание которой и обсуждается на уроке. Это также экономит время и активизирует работу класса.

Микрокалькуляторы.

Первоначально с микрокалькуляторами учащиеся знакомятся на уроках математики. При этом, как показывает опыт, при соответствующей методике применения микрокалькуляторов математические, в том числе и вычислительные, знания, умения и навыки учащихся поднимаются на новую, более высокую ступень даже в начальных классах. Таким образом, при использовании микрокалькуляторов на уроках физики следует широко опираться ан межпредметные связи с математикой. Будем исходить из того, что первоначальные навыки работы с микрокалькуляторами ученики получают на уроках математики и задача учителя физики заключается в их использовании, закреплении и практическом применении с учётом специфики своего предмета.

6. Качественные задачи и методика их решения

Качественной задачей по физике называется такая задача, в которой ставиться для разрешения проблема, связанная с качественной стороной физического явления, решаемая путём логических умозаключений, основанных на законах физики, путём построения чертежа, выполнения эксперимента.

Следует отличать качественную задачу от проверке формальных знаний. Цель последних - закрепить формальные знания учащихся; ответы на эти вопросы в готовом виде имеются в учебнике, и ученик должен лишь вспомнить их. В качественной задаче ставиться такой вопрос, ответ на который в готовом виде в учебнике не содержится. Ученик должен составить ответ на качественную задачу, синтезируя данные условия задачи и свои знания по физике.

Качественные задачи обычно используют как средство закрепления изученного материала. Во многих темах школьного курса физики качественные задачи являются основными. Очень полезны такого типа задачи при опросе, так как они дают возможность за короткое время выяснить усвоение физической сущности рассматриваемого вопроса.

Успешное решение школьниками качественных задач показывает осознанность их знаний, отсутствие формализма в усвоении материала. Такие задачи весьма разнообразны по тематике, содержанию и сложности.

Решают качественные задачи, строя логические умозаключения, основанные на физических, с помощью индукции и дедукции. При решении этих задач анализ и синтез связаны так тесно между собой, что их иногда разделить нельзя, то есть, возможен только аналитико-синтетический способ рассуждений. Схема решения качественных задач примерно следующая:

1) чтение условия задачи, выяснение всех терминов в её условии;

2) анализ условия задачи, выяснение физических явлений, построение (если это требуется) схемы или чертежа;

3) построение аналитико-синтетической цепи рассуждений;

4) анализ полученного ответа с точки зрения его физического смысла, соответствия условию и реальности.

При анализе содержания задачи используют, прежде всего, общие закономерности, известные учащимся по данной теме. После этого выясняют, как конкретно должно быть объяснено то явление, которое описано в задаче. Ответ к задаче получают как завершение этого анализа. В качественных задачах анализ условия тесно сливается с получением нужного обоснованного ответа.

Иллюстрируя методику решения качественных задач, разделим на две основные группы:

1. Простые качественные задачи (их называют задачами - вопросами), решение которых обычно основывается на одном физическом законе; цепь умозаключений здесь сравнительно проста.

Задачи вопросы решаются устно. Чтобы воспитать у учащихся навык сознательного подхода к решению качественных задач, нужна определённая система работы с ними учителя и продуманная методика обучения. Немалое значение имеет правильный подбор задач. Наиболее доступны на первых порах задачи, в которых предлагается дать объяснения явлениям или фактам, известным учащимся из их личного опыта. В них учащиеся увидят связь с жизнью.

2. Сложные качественные задачи, представляющие как бы совокупность или комбинацию нескольких простых задач. Решая их, приходиться строить более сложные цепи умозаключений, анализировать несколько физических закономерностей.

Решение качественных задач способствует осуществлению дидактического принципа единства теории и практики в процессе обучения физике. В частности применение экспериментальных задач развивает умение и навыки учащихся в обращении с физическими приборами и макетами, установками и моделями. Качественные задачи с производственным содержанием знакомят учащихся с техникой, расширяют кругозор, являются одним из средств подготовки учащихся к практической деятельности. Таким образом, решение качественных задач по физике является одним из важных приёмов политехнического обучения.

Использование качественных задач способствует более глубокому пониманию физических теорий, формированию правильных физических представлений, следовательно, предупреждает формализм в знаниях учащихся. Решение качественных задач вызывает необходимость анализировать и синтезировать явления, то есть логически мыслить, приучает учащихся к точной, лаконичной, литературно и технически грамотной речи.

В процессе решения качественных задач прививается навык наблюдательности и умение различить физические явления в быту, природе, технике, а не только в физическом кабинете. Развиваются смекалка, сообразительность, инициатива и творческая фантазия учащихся.

Чтобы решить качественную задачу ученик должен уметь физически мыслить: понимать и излагать сущность состояний тел и процессов, происходящих в них, вскрывать взаимосвязь явлений (причинно - следственные зависимости), уметь на основании законов физики предвидеть ход явления. Итак, решение качественных задач даёт возможность учителю установить глубину теоретических знаний и понимание учащимися изучаемого материала.

Значение этих задач состоит также в том, что они вызывают большой интерес у учащихся, создают их устойчивое внимание на уроке, позволяют учителю оживить урок эмоционально, увлечь учащихся, активизировать их мыслительную деятельность, разнообразить методы изложения. Таким образом, решение качественных задач есть один из приёмов делектаризации обучения (delectare (лат.) - увлекать, доставлять наслаждение, радовать, восхищать, привлекать).

Методическая ценность качественных задач проявляется особенно при изучении таких разделов курса физики, в которых нет физических формул и явления рассматриваются лишь с качественной стороны (например, закон инерции, электромагнетизм).

Большую роль играют качественные задачи во внеклассной работе: в физических кружках, вечерах занимательной физики, школьных, областных и республиканских олимпиадах, в конкурсах и встречах команд КВН и других.

Психология указывает на одну из особенностей детей среднего школьного возраста - конкретно-образовательное мышление. Детям наиболее доступны понятия, основанные на конкретных примерах, на осязаемой наглядности, чем понятия, устанавливаемые на абстракциях. Подростку более понятен индуктивный, а не дедуктивный путь установления физического закона. Качественные задачи, связанные с конкретными, хорошо известными детям предметами, легко воспринимаются учащимися, и те их решают охотнее, чем количественные задачи. Итак, на первой ступени изучения детьми физики качественные задачи в преподавании играют большую роль, чем количественные.

Схематично методику решения качественного вопроса можно представить в виде схемы 1.

Решение сложной качественной задачи также осуществляется этими четырьмя этапами, но при знакомстве с условиями задачи обращается внимание на её главный вопрос, на конечную цель решения. При составлении плана решения задачи строится аналитическая цепь умозаключений, начинающаяся с вопроса задачи и оканчивающаяся данным её условия или формулировками законов и определений физических величин. На четвёртом этапе составляется синтетическая цепь умозаключений, начинающаяся с формулировки определений физических величин, соответствующих законов, описания свойств, качеств, состояний тела и оканчивающаяся ответом на вопрос задачи.

При решении качественных задач применяются основанные на аналитико-синтетическом методе следующие типы приёма: эвристический, графический, экспериментальный. Они могут сочетаться, дополняя друг друга.

Эвристический приём. Состоит в постановке и разрешении ряда взаимосвязанных целенаправленных качественных вопросов. Каждый из них имеет своё самостоятельное значение и решение и одновременно является элементом решения всей задачи.

Этот приём прививает навыки логического мышления, анализа физических явлений, составление плана решения задачи, учит связывать данные её условия с содержанием известных физических законов, обобщать факты, делать выводы.

Следует различать три формы осуществления эвристического приёма решения качественных задач в процессе обучения физике:

1) форма наводящих вопросов предлагает постановку учителем ряда вопросов и ответы на них учащихся. Это первая ступень обучения;

2) вопросно-ответная форма предлагает постановку самим учащимся вопросов и ответы на них. Как правило, решение представляется в письменном виде;

3) повествовательная (ответная) форма предполагает ответы учащихся на мысленно поставленные перед собой вопросы. Решение представляется в виде логически и физически связанных между собой тезисов (предложений), образующих цельный рассказ.

Графический приём решения качественных задач состоит в составлении ответа на вопрос задачи на основании исследования графика функции, чертежа, схемы, рисунка, фотографии и тому подобное.

Достоинством этого приёма является наглядность лаконичность решения. Он развивает функциональное мышление школьников, приучает их к точности, аккуратности. Особенно велика его ценность в тех случаях, когда дана последовательность рисунков, фиксирующих определённые стадии развития явления или процесса.

Экспериментальный приём решения качественных задач заключается в получении ответа на вопрос задачи на основании опыта, поставленного и проведённого в соответствии с её условием. В таких задачах обычно предлагается ответить на вопросы «Что произойдёт?» и «Как сделать?».

В процессе экспериментального решения качественных задач учащиеся становятся как бы исследователями, развивается их любознательность, активность, познавательный интерес, формируются практические умения и навыки.

При правильно поставленном опыте ответ получается быстро, он убедителен и нагляден. Так как сам эксперимент не объясняет, почему так, а не иначе протекает явление, то его сопровождают словесным доказательством.

В ряде случаев учащиеся, не владея навыками логического мышления, применяют приём выдвижения гипотезы (интуитивное мышление). Этот путь решения задачи не следует отвергать. Наоборот, надо тщательно рассмотреть любое предложение, любую физическую идею решения задачи, доказать либо её применимость, либо несостоятельность. При этом конечно завяжется, дискуссия, которая будет способствовать развитию физического и логического мышления учащихся.

7. Тематические уроки решения качественных задач

Акцент на решение качественных задач - современная методика преподавания физики.

Проявление интереса к изучаемому - мощнейший мотивационный фактор успешной учёбы. Одно из эффективных способов его становления - систематическое проявление тематических уроков решения качественных задач. На этих уроках учащиеся могут объяснять причины наблюдаемых природных явлений, принципы действия технических устройств, давать устную оценку последствий каких - либо природных или технологических процессов, предлагать собственные способы решения бытовых, производственных, экологических вопросов. Возможность и умение применять собственные знания для решения проблем, максимально приближенных к тем, с которыми приходится сталкиваться в реальной жизни, убеждает учащихся в личной значимости обучения, а формирование этих умений становиться одной из главных и осознанных целей обучения. Остановимся на ряде важных методических моментов.

Факторы, способствующие повышению интереса учащихся.

1) Разнообразная тематика задач: техническая, биологическая, геологическая, метеорологическая, астрономическая, химическая, медицинская, экологическая, социально - бытовая, историческая, литературная и другая.

2) Различные способы постановки задач: текстом, графиком, демонстрацией, приглашением к поиску.

3) Разная деятельность при решении: оценивающая, эвристическая, изобретательская.

4) Возможность выбора тематики задач (карточки - задания имеют на обратной стороне надписи, указывающие тематику задач и способ решения; предлагаются в избыточном количестве).

5) Использование элементов ролевой игры.

Факторы, повышающие у учащихся уверенность в собственных интеллектуальных способностях.

- Отсутствие критики за неверный ответ.

- Возможность добровольного, но регулируемого учителем, включения в дискуссию по фронтально разбираемой задаче без снижения оценки за неверный ответ.

- Тактичный подход к оценки ответов по карточкам, дающий право на одну ошибку без снижения за это итоговой оценки.

- Наличие одной или двух относительно несложных задач.

- Постепенное вовлечение робких учеников во всё более сложные виды деятельности по схеме:

Участие во фронтальных решениях - работа в творческих группах - выполнение индивидуальных заданий.

- Возможность улучшения учеником своей оценки до окончания урока путём участия во фронтальном разборе решения задач, вызвавших затруднения у других.

Факторы, стимулирующие мыслительную деятельность учеников.

1) Интерес.

2) Необходимость устно и понятно объяснять решение задачи, что требует упорядочения своих представлений и хода рассуждений.

3) Тренинг, обусловленный систематическим решением качественных задач.

Факторы, способствующие углублению и расширению знаний.

- Поиск взаимосвязи между различными явлениями.

- Знакомство с проявлением физических закономерностей во многих областях и сферах человеческой деятельности: производственной, научно - исследовательской, социально - бытовой.

Меры, способствующие объективности контроля знаний.

1. Предварительное ознакомление учащихся с критериями оценки ответов.

2. Исключение попыток подсказок.

3. Высокий темп урока.

4. Обязательное изменение тематических задач или их формулировок при переходе в параллельный класс.

5. Приравнивание оценки, полученной при работе с карточкой - заданием, к оценки за контрольную работу и зачёт.

Некоторые методические правила.

- Уроки решения качественных задач проводятся в конце изучения темы. Их нельзя «обрушивать» на учеников без регулярных подготовительных занятий.

- Материал можно подобрать из различных сборников задач, а также из журналов «Квант», «Физика в школе», газеты «Физика. Приложение к газете «Первое сентября»».

- Возможности существенно расширяться, если учитель будет самостоятельно составлять задачи, используя научно- популярную литературу, собственные наблюдения, рассказы знакомых.

- Главное при проведении такого урока - не получение ответов на предложенные задачи, а развитие умения учеников мыслить, то есть осуществлять процесс поиска ответов, используя имеющиеся теоретические знания.

8. Структура и ход урока

Этапы: 1)мобилизирующий; 2)организационный; 3)разминка; 4)ответы «индивидуалов»; 5)блиц - опрос; 6)ответы творческих групп; 7)подведение итогов.

Содержание и метод ведения: 1)краткое вступительное слово учителя; 2)назначаются учащиеся для индивидуальной (3 или 4 человек) и групповой (2 группы по 3 человека) работы, учитель раздаёт или ученики сами выбирают карточки - задания. Указывает места для работы, сообщает критерии оценок; 3)фронтальная работа с остальными учениками. Решается 3 или 4 задачи, желательно с использованием демонстрационного оборудования; 4)Учитель выслушивает ответы учеников по карточкам. (Если ответ не верен, то задачу предлагают классу для обсуждения.) Правильные ответы ещё раз повторяют; 5)учитель вызывает одного из учеников, не участвовавших в работе по карточкам. Он должен быстро ответить на три вопроса, связанные с только что разобранными задачами. (Этот этап позволяет удерживать внимание к теме большинства учеников.); 6) каждый ученик из группы должен ответить хотя бы на одну из четырёх предложенных группе задач. (Эти задачи более сложные, чем на карточках для индивидуалов, и более интересные: они исследовательские, межпредметные.); 7) завершающее слово учителя, выставление оценок, задание на дом для обдумывание тех задач, с которыми не справились творческие группы и класс.

Важная задача, стоящая перед учителем, - развивать познавательную активность школьников, стимулировать их творческую самостоятельность, так как только через собственную деятельность можно познать окружающий мир и физические явления в нём. В этом помогают качественные задачи, составленные на основе фрагментов текстов из научно - популярной и художественной литературы, содержавших описания физических явлений.

9. Количественные задачи

Количественные задачи - это задачи, в которых ответ на поставленный вопрос не может быть получен без вычислений. При решении таких задач качественный анализ также необходим, но его дополняют ещё и количественным анализом с подсчётом тех или иных числовых характеристик процесса. Количественные задачи разделяют по трудности на простые и сложные. Под простыми задачами понимают задачи, требующие несложного анализа и простых вычислений, обычно в одно - два действия. Решение таких задач (в небольшом количестве) необходимо для конкретизации только что изученной закономерности. Наиболее лёгкие из них могут быть решены устно.

Для решения количественных задач могут быть применены разные способы: арифметический, алгебраический, геометрический, графический.

При арифметическом способе решения задачи применяют арифметические действия и расчёты примерно так же, как в решении задач по арифметике. До перехода школ на новые программы арифметический способ решения задач был основным в 7 классе, а иногда и в 8-м. Это обусловлено тем, что изучение алгебры раньше начинали только во втором полугодии 7 -го класса. С переходом школ на новые программы решение этого вопроса изменилось. Новая программа по математике уже во 2 классе предусматривает введение буквенных обозначений, а в 5 классе - понятия об уравнениях первой степени. Это создаёт благоприятные условия для применения алгебраического способа решения, а самом начале изучения физики - в 7 классе.

Алгебраический способ решения задач заключается в том, что задачу решают с помощью формул и уравнений.

При геометрическом способе решения задач используют теоремы геометрии, а при графическом - графики.

В числе текстовых задач можно выделить абстрактные задачи, задачи, в которых речь идёт о явлениях и процессах, наблюдаемых в повседневной жизни, задачи с производственно-техническим содержанием и, наконец, задачи с историческим содержанием. Иногда ещё в особую группу текстовых задач выделяют так называемые «занимательные задачи».

Задачи с техническим содержанием учитель может составлять сам, используя сообщения из газет и журналов, радио и телевидения. Большую помощь по составлению задач может оказать справочник А. С. Еноховича.

При составлении задач можно использовать материал производственных экскурсий.

В задачах с историческим содержанием обычно используют факты из истории об открытии законов физики, или каких- либо изобретений. Они имеют большое познавательное и образовательное значение.

Необычная постановка вопроса в занимательных задачах и последующее обсуждение результатов обычно живо заинтересовывают учащихся. Много занимательных задач можно найти в книге Я. И. Перельмана «Занимательная физика» и в журналах «Знание - сила», «Юный техник», «Квант», «Техника - молодёжи» и других.

Экспериментальные задачи используются по-разному. В одних случаях из опытов, выполняемых учащимися самостоятельно, находят данные, необходимые для решения задачи. В этом случае задача не может быть решена без опыта. В других случаях задача может быть решена и без опыта, на основе данных, указанных в условии задачи. Опыт в таких случаях используют для иллюстрации явлений и процессов, или для проверки правильности решения.

Многие задачи из сборников В.И. Лукашика и В.А.Золотова могут быть поставлены как экспериментальные.

В процессе решения экспериментальных задач у учащихся развивается наблюдательность, совершенствуются навыки обращения с приборами. При этом учащиеся глубже познают сущность физических явлений и законов.

В графических задачах в процессе решения используют графики. По роли графиков в решении задач различают задачи, ответ на которые может быть получен на основе анализа уже имеющегося графика; задачи, в которых требуется графически выразить функциональную зависимость между величинами.

Решение графических задач способствует уяснению функциональной зависимости между величинами, привитию навыков работы с графиками. В этом их познавательное значение.

Физические задачи, в условии которых не хватает данных для их решения, называются задачами с неполными данными. Недостающие данные для таких задач находят в справочниках, таблицах и других источниках. С такими задачами учащиеся будут часто встречаться в жизни, поэтому решение в школе подобных задач очень ценно.

Для того чтобы привить учащимся любовь к решению задач, необходимо умело подбирать задачи. Содержание их должно быть понятным и интересным, кратко и чётко сформулированным. Математические операции в задаче не должны затушевывать её физический смысл. Необходимо избегать искусственности и устаревших числовых данных в условиях задач.

Начинать решение задач по темам нужно с простейших, в которых внимание учащихся сосредоточивается на закономерности, изучаемой в данной теме или на уточнении признаков нового понятия, установлении его связи с другими понятиями. Затем постепенно следует переходить к задачам более трудным.

Физические задачи в большом количестве есть в учебниках физики для 7-х. классов. Учитель имеет возможность отбирать из них задачи и для классной, и для домашней работы учащихся. Наряду с этим следует использовать и сборники задач для 7-х. классов.

Однако увлекаться решением очень большого числа задач (особенно вычислительных) не следует, да для этого нет и времени. Главное заключается не в количестве, а в качестве решения задач. Поэтому важное значение приобретает сама методика обучения решению физических задач.

10. Методика решения количественных задач

Решение сложных количественных задач на уроке складывается обычно из следующих элементов: чтения условия задачи, краткая запись условия, повторение условия, выполнение рисунка, схемы или чертежа, анализ физического содержания задачи и выявление путей (способов) её решения, составления плана решения, выполнение решения в общем виде, прикидка и вычисления, анализ результата и проверка решения.