Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

«ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра: физико-математических и естественных наук

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: «Методика обучения физике в современной школе»

на тему: «Олимпиадные задачи по кинематике для 9 класса и подготовка школьников к их решению»

Выполнил: студент Пушкарев И.С.

Преподаватель: к.п.н., доцент Бит-Давид Е.Л.

Пенза 2020 г.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине

«Методика обучения физике в современной школе»

Тема курсовой работы:

«Олимпиадные задачи по кинематике для 9 класса и подготовка школьников к их решению»

- Сделать обзор научной и учебно-методической литературы по проблеме исследования.

- Уточнить содержание понятия «олимпиадная задача по физике», показать значения олимпиадной подготовки по физике для дальнейшего развития и самосовершенствования обучаемых.

- Проанализировать типы олимпиадных задач по кинематике для 9 класса.

- Показать приемы работы по обучению учащихся 9 класса решению олимпиадных задач по кинематике

Оглавление

• Введение
• Глава 1. Общие сведения о физических задачах
• 1.1 Определение физической задачи
• 1.2 Место задач в процессе обучения физике
• 1.3 Особенности олимпиадных физических задач
• 1.4 Особенности подготовки обучающихся к решению олимпиадных задач
• Глава 2. Методика подготовки обучающихся к решению олимпиадных задач
• 2.1 Базовая подготовка обучающихся к решению олимпиадных задач
• 2.2 Общий алгоритм решения кинематической физической задачи
• 2.3 Решение базовых физических задач по теме «Кинематика»
• 2.4 Решение олимпиадных физических задач по теме «Кинематика»
• Заключение
• Список использованной литературы
• Введение
• Решение задач представляет собой неотъемлемую часть полноценного изучения физики на любом уровне -- от первоначального школьного, вплоть до специального физического образования. Судить о степени понимания физических законов можно по умению их сознательно применять для анализа конкретных физических явлений, т. е. для решения практико-ориентированных задач[1].
• Высший пилотаж в решении физических задач повышенного уровня сложности обучающиеся школ могут продемонстрировать благодаря физическим олимпиадам, предлагающим участникам в соревновательной форме определить лучших из лучших в масштабах школы, района, области и даже страны.
• Физические олимпиады играют важную роль в подготовке будущих физиков-исследователей. Для успешного участия в олимпиаде требуется не только абсолютное владение материалом школьной программы, но и умение самостоятельно строить физические идеализации, применять адекватный математический аппарат, анализировать полученные результаты, творчески мыслить, причем в условиях жёсткого ограничения по времени[2].
• В настоящее время участие и победы во всевозможных физических олимпиадах могут предоставлять школьникам разного рода преимущества при поступлении в ВУЗы, а значит, подготовка обучающихся к решению олимпиадных физических задач является важным пунктом в деятельности современного педагога. В связи с этим моя работа является актуальной.
• Цель работы: рассмотреть сущность олимпиадных физических задач и разработать методику подготовки обучающихся к их решению на примере темы «Кинематика» для 9 класса.
• Задачи:
• 1. Сделать обзор научной и учебно-методической литературы по проблеме исследования;
• 2. Уточнить содержание понятия «олимпиадная задача по физике», показать значения олимпиадной подготовки по физике для дальнейшего развития и самосовершенствования обучаемых;
• 3. Проанализировать типы олимпиадных задач по кинематике для 9 класса;
• 4. Показать приемы работы по обучению учащихся 9 класса решению олимпиадных задач по кинематике.
• Объект исследования: методика обучения физике.
• Предмет исследования: особенности подготовки обучающихся к решению олимпиадных физических задач.

Глава 1. Общие сведения о физических задачах

1.1 Определение физической задачи

В методической и учебной литературе под учебными физическими задачами понимают целесообразно подобранные упражнения, главное назначение которых заключается в изучении физических явлений, формировании понятий, развитии физического мышления учащихся и привитии им умений применять свои знания на практике.

Согласно трактовке С.Е. Каменецкого и В.П. Орехова, физической задачей следует считать «…небольшую проблему, которая в общем случае решается с помощью логического умозаключения, математических действий и эксперимента на основе законов и методов физики»[3]

По мнению Б.С. Беликова, физическая задача - это «…физическое явление (совокупность явлений), точнее его словесная модель с некоторыми известными и неизвестными величинами, характеризирующими это явление» [4].

А.В. Усова и Н.Н. Тулькибаева дают следующее определение: «Физическая задача - это ситуация, требующая от учащихся мыслительных и практических действий на основе законов и методов физики, направленных на овладение знаниями по физике и на развитие мышления[5]. Данное определение представляется наиболее корректным и полным, поскольку учитывает применительно к предметной области все контекстные составляющие сущности задачи как научного понятия.

По существу, на занятиях по физике каждый вопрос, возникший в связи с изучением учебного материала, является для учащихся задачей. Активное целенаправленное мышление всегда есть решение задач в широком понимании этого слова.

Решение физических задач - одно из важнейших средств развития мыслительных творческих способностей учащихся. Часто на уроках проблемные ситуации создаются с помощью задач, а этим активизируется мыслительная деятельность учащихся.

Ценность задач определяется, прежде всего, той физической информацией, которую они содержат. Поэтому особого внимания заслуживают задачи, в которых описываются классические фундаментальные опыты и открытия, заложившие в основу современной физики, а также задачи, показывающие присущие физике методы исследования.

Исходя из структуры и средств, необходимых для решения поставленной задачи, их можно разделить на: элементарные, стандартные, нестандартные и оригинальные:

1. Элементарная задача - это задача, для решения которой, необходимо и достаточно верно использовать один соответствующий физический закон;

2. Стандартная задача - это задача, для решения которой необходимо и достаточно привлечь систему «обычных» знаний и «стандартных» методов и приемов;

3. Нестандартная задача - задача, в процессе решения которой применение «обычных» законов и методов недостаточно: система уравнений получается незамкнутой;

4. Оригинальной (олимпиадной) называют нестандартную задачу, при решении которой догадка является определяющей по сравнению с обычными знаниями и методами [3].

Однако деление по данным признакам на наш взгляд весьма условно, поскольку непосредственно связано с предыдущим опытом обучающихся по решению физических задач. Для двух разных студентов одна и та же задача может оказаться, например, стандартной и нестандартной.

олимпиадная задача кинематика

1.2 Место задач в процессе обучения физике

Решение задач относится к практическим методам обучения и как составная часть обучения физике выполняет те же функции, что и обучение физике: образовательную, воспитательную, развивающую, но, опираясь на активную мыслительную деятельность ученика.

Образовательная функция задачи заключается в сообщении учащимся определённых знаний, выработке у учащихся практических умений и навыков, ознакомление их со специфическими физическими и общенаучными методами и принципами научного познания.

Известные отечественные психологи П.И. Зинченко и А.А. Смирнов установили следующую закономерность (закономерность Смирнова-Зинченко): «Учащийся может запомнить материал непроизвольно, если выполняет над ним активную мыслительную деятельность, и она направлена на понимание этого материала».

Согласно одной из аксиом методики, знания считаются усвоенными только тогда, когда ученик может применить их на практике. Решение задач - практическая деятельность. Значит, задача играет и роль критерия усвоения знаний. По умению решить задачу мы можем судить: понимает ли ученик данный закон, умеет ли он увидеть в рассматриваемом явлении проявление какого-либо физического закона. Практика показывает, что физический смысл различных определений, правил, законов становится действительно понятным учащимся лишь после неоднократного применения их к конкретным частным примерам-задачам.

Решение задач выполняет ещё одну важную образовательную функцию - формирование и обогащение понятия физической величины - одного из основных понятий физики.

Физические задачи играют также большую роль в реализации принципа политехнизма в процессе обучения. Многие из них показывают связь физики с жизнью, техникой, производством.

Воспитательная функция задач заключается в формировании научного мировоззрения учащихся. Они позволяют проиллюстрировать многообразие явлений и объектов природы и способность человека познавать их.

Развивающая функция задачи проявляется в том, что, решая задачу, ученик включает все мыслительные процессы: внимание, восприятие, память, воображение, мышление. При решении задач развивается логическое и творческое мышление.

Разнообразие и важность функций, выполняемых задачей, приводит к тому, что задача занимает в учебном процессе важное место.

1.3 Особенности олимпиадных физических задач

Олимпиадные задания по физике имеют существенные различия с типовыми задачами, решения которых разбирают в средней школе. Их главная особенность - нестандартность, поскольку организаторы олимпиад проверяют не только уровень знаний участников, но и гибкость мышления.

Олимпиадные задачи, как правило, не требуют знания такого материала, который не предусмотрен в школьной программе по физике и математике, однако требуют знаний дополнительных разделов. Также для их решения в первую очередь необходимо уметь строить физические модели, глубоко понимать физические законы, самостоятельно применять их в различных ситуациях, а также безупречно владеть математическим аппаратом. Программы преподавания физики во многих школах не в полной мере соответствуют программам олимпиад, особенно Всероссийской. В связи с этим школьникам необходимо получать недостающую информацию на дополнительных курсах или самостоятельно.

Олимпиадные задания отличаются от «обычных» задач по многим параметрам. Условно их можно разделить на три большие группы:

Первый тип задач использует условный мир идеализированных моделей: материальных точек, невесомых и нерастяжимых нитей, идеальных индуктивностей и емкостей и т. д. Кроме хорошего знания законов физики, нужно еще знать маленькие хитрости, проявлять изобретательность и смекалку, умение выбрать нетривиальный способ рассуждения.

Второй тип -- это задачи, приближенные к практике, родившиеся под влиянием физического эксперимента, при наблюдении явлений природы и т. п. В таких задачах рассматриваются реальные физические объекты. Зачастую такие задачи носят оценочный характер. По существу, они являются небольшими физическими исследованиями, прообразом научного поиска. Для решения таких задач необходимо хорошо ориентироваться в исследуемом явлении.

Третий тип -- экспериментальные задания. Экспериментальные задания включаются на этапе областных олимпиад. Экспериментальное задание предполагает несколько способов его выполнения, необходимо провести анализ каждого их них, оценить точность полученных результатов и выбрать оптимальный способ.

1.4 Особенности подготовки обучающихся к решению олимпиадных задач

Трудность олимпиадных задач естественным образом возрастает с каждым следующим этапом олимпиады. Задачи окружного этапа лишь немного сложнее типовых школьных задач. Решение таких задач, как правило, не должно представлять трудности для школьника, который успешно освоил соответствующие разделы школьного курса физики. Поэтому неудачное выступление учащегося на окружном этапе олимпиады свидетельствует о том, что для начала нужно сосредоточить внимание на более глубоком изучении основных вопросов школьного курса физики.

Задачи теоретических туров городского этапа существенно более сложны. Решение многих из них часто требует знания приемов и методов, которые не выходят за рамки школьной программы, но, как правило, специально в школе не изучаются, либо изучаются недостаточно хорошо.

Поэтому для успешного выступления на городском этапе олимпиады необходима специальная подготовка: желательно, чтобы учащийся посещал какие-либо дополнительные занятия по физике, либо самостоятельно работал со специальными пособиями, в которых рассматриваются методы решения олимпиадных физических задач. Кроме того, необходимо пытаться самостоятельно решать физические задачи, более сложные, чем стандартные школьные.

Задачи теоретического тура заключительного этапа Всероссийской олимпиады идейно во многом схожи с задачами городского этапа, но часто более сложны технически и содержат не один, а несколько разных вопросов. Опыт показывает, что учащиеся, занявшие призовые места на городском этапе олимпиады (что возможно только при условии предварительной подготовки) и специально готовящиеся к заключительному этапу, как правило, успешно выступают на нем. Специальная подготовка к заключительному этапу состоит в посещении специальных сборов команды и в решении задач заключительных этапов Всероссийских олимпиад прошлых лет [6].

Подготовка учащегося к участию в олимпиадах по физике должна включать в себя несколько составляющих. Прежде всего, учащийся должен полно и всесторонне освоить материал школьной программы соответствующего класса по физике и математике -- без этого достичь высоких результатов при выступлении на физической олимпиаде невозможно. В дополнение к материалу школьной программы необходимо осваивать дополнительные разделы школьного курса физики в объеме, предусмотренном программой Всероссийских физических олимпиад.

Следует отметить, что далеко не все учащиеся могут успешно выступать на олимпиадах высокого уровня по физике. Для того, чтобы стать победителем такой олимпиады, необходимо не только хорошо знать материал программы по физике и иметь практические навыки решения различных задач, но и уметь находить и записывать решения задач за ограниченное время, отводимое участникам олимпиады. Последнее удается учащимся не всегда, даже если их физико-математическая подготовка является весьма хорошей. Поэтому удовлетворительным результатом подготовки учащегося к олимпиадам можно считать его победу в окружном этапе олимпиады по физике. Если учащемуся удалось пройти во второй теоретический тур городского этапа олимпиады, то этот результат следует считать хорошим. Победа же в городском этапе олимпиады является весьма высоким, отличным достижением. Задачу подготовки учащегося к участию в олимпиадах высокого уровня по физике можно считать полностью выполненной в случае, если школьник смог стать победителем или призером заключительного этапа Всероссийской олимпиады школьников по физике.

Приступая к подготовке к участию в олимпиадах высокого уровня по физике, нужно помнить о том, что олимпиада -- это всего лишь интеллектуальное соревнование, которое проводится с целью повышения интереса школьников к изучению предмета. Поэтому не следует расстраиваться, если учащемуся не удалось стать победителем олимпиады по физике. В любом случае подготовка к олимпиаде позволяет глубже освоить школьную программу, изучить дополнительные вопросы курса физики, научиться решать различные типы задач (в том числе, весьма трудных). В конечном итоге, все это принесет ощутимую пользу в плане получения хорошего образования и положительно скажется при сдаче выпускных экзаменов в школе и вступительных испытаний в высшее учебное заведение[6].

Глава 2. Методика подготовки обучающихся к решению олимпиадных задач

2.1 Базовая подготовка обучающихся к решению олимпиадных задач

Прежде чем переходить к задачам повышенного уровня сложности, учитель должен сформировать у обучающихся необходимую базу знаний, умений и навыков, которую можно получить благодаря решению большого количества задач базового уровня. Именно с обучения быстро и качественно решать классические задачи школьного курса физики учитель должен начать подготовку к олимпиаде.

Посредством решения большого количества базовых задач учитель должен сформировать у обучающихся прочные знания об основных понятиях кинематики. Так, например, к олимпиадным задачам можно приступать только после освоения следующих понятий: механическое движение, путь, перемещение, траектория, система отсчета, радиус-вектор, скорость, средняя скорость, средняя путевая скорость, мгновенная скорость, ускорение, среднее ускорение, мгновенное ускорение, тангенциальное ускорение, нормальное ускорение, прямолинейное движение, криволинейное движение, равномерное движение, равноускоренное движение, равнозамедленное движение, угол поворота, угловая скорость, средняя угловая скорость, мгновенная угловая скорость, угловое ускорение, среднее угловое ускорение, мгновенное угловое ускорение, период вращения, частота вращения.

Кроме того, такой подход позволит произвести первичный отбор кандидатов на роль участников олимпиад, так как обучающиеся, у которых на данном этапе подготовки будут возникать регулярные трудности, вряд ли смогут показать высокий уровень подготовки при решении задач олимпиадного уровня.

2.2 Общий алгоритм решения кинематической физической задачи

Алгоритмы нашли широкое применение в процессе обучения. В школьной практике известно большое количество различных алгоритмов и алгоритмических предписаний. Алгоритм выполняет функцию модели деятельности.

Решения большего количества физических задач из раздела «Кинематика» можно достичь, следуя пунктам универсального алгоритма, состоящего из трех ключевых позиций:

I. Определиться с моделями материальных объектов и явлений.

1. Нарисовать чертеж, на котором изобразить рассматриваемые тела.

2. Выбрать систему отсчета и изобразить на чертеже ее систему координат (из соображений удобства).

3. Изобразить и обозначить кинематические характеристики тел.

4. Выбрать модели тел и их движения (если это не сделано в условии задачи).

II. Записать полную систему уравнений для искомых величин.

1. Записать в проекциях на оси координат:

а) законы движения,

б) законы изменения скорости,

в) законы изменения ускорения.

2. Записать начальные условия.

3. Записать уравнения кинематических связей.

4. Использовать результаты ранее решенных задач и особые условия задачи (например, заданные соотношения между характеристиками системы).

III. Получить искомый результат в аналитическом и численном видах.

1. Решить систему полученных уравнений.

2. Провести анализ решения (проверить размерность и лишние корни, рассмотреть характерные случаи, установить область применимости).

3. Получить численный результат[7].

Разумеется, некоторые нестандартные олимпиадные задачи решить с помощью универсального алгоритма не получится, т.к. в этом случае нужен строгий индивидуальный подход, основанный на имеющихся данных и поставленной задаче.

Тем не менее, при решении кинематических задач рекомендуется всегда придерживаться последовательности действий, указанной в алгоритме. Так, например, начав решение задачи с подбора системы уравнений без предварительного создания рисунка и описания движения тел, присутствующих в задаче, обучающийся может допустить ряд ошибок.

2.3 Решение базовых физических задач по теме «Кинематика»

Задача 1. Чтобы проплыть на моторной лодке от пристани А к пристани Б, требуется t₁ = 1 ч, а обратная дорога занимает t₂ = 3 ч. Скорость лодки относительно воды остается постоянной. Во сколько раз эта скорость больше скорости течения[8].

Решение. Из условия задачи следует, что из А в Б лодка плывет по течению (т.к. обратная дорога занимает больше времени). Обозначим за s расстояние между пунктами А и Б, модуль скорости лодки относительно воды х_л, а модуль скорости течения х_т. По течению лодка плывет со скоростью относительно берега:

против течения:

Следовательно:

По условию, t₂=3t₁, откуда получаем:

Из этого соотношения следует:

Ответ: в два раза.

Задача 2. Поезд прошел расстояние s=17 км между двумя станциями. При этом на разгон в начале движения и торможение перед остановкой ушло в общей сложности t₁=4 мин, а остальное время поезд двигался с постоянной скоростью. Чему равна эта скорость u, если средняя скорость поезда оказалась равной х_ср=60 км/ч[8]?

Решение. Построим график х (t) движения поезда, который будет иметь вид трапеции (см. рис.1).

Рисунок 1. График зависимости скорости движения поезда от времени

Пройденный путь численно равен площади трапеции, т.е:

Учитывая, что

получаем:

Ответ: 68 км/ч.

2.4 Решение олимпиадных физических задач по теме «Кинематика»

Алгоритм решения олимпиадных задач раздела «Кинематика» имеет сложную многоступенчатую структуру. Начиная с 7 класса при решении задач кинематики обучаемые применяют закон сложения скоростей. Целый ряд задач по кинематике решается переходом из одной систем отсчета в другую. Даже в процессе решения одной задачи обучаемый должен уметь применять различные методы решения (координатный, векторный, графический), рассматривать несколько вариантов решения и выбирать соответствующий условию задачи. Например,

Задача 1. Две частицы движутся вдоль оси OX. Зависимости их ускорения a_x от времени оказалась одинаковыми (см. рис.2). За все время наблюдений проекция скорости х_x каждой из частиц ровно один раз обращалась в ноль, а пройденные ими пути отличались на ?S = 16 см. Определите пути S1 и S2, пройденные частицами, и время ф их движения. (Всероссийская олимпиада школьников по физике. Региональный этап. Теоретический тур. 2019 г. 9 класс).



Рис.2. Зависимость ускорения частиц от времени

Решение. Обозначим за t₀ и a время движения и ускорение на первом участке. Построим график изменения скорости от времени ?х(t) (см. рис.3). Отметим, что единственная остановка (х = 0) за время наблюдения будет, если сместить график на х₀ = ±at_0. В других случаях будет две или три остановки.

Рис.3. График зависимости скорости от времени

Совместим на одном графике две площади, соответствующие путям двух частиц (см. рис.4).



Рис.4. График зависимости скорости от времени. Определение площади

Вычисление площадей даст:

S1 = 4,25at₀²

S2 = 3,75at₀²

?S = 0,5at₀²= 16 (см)

Откуда t₀ = 0,4 (с), всё время движения ф = 4t₀ = 1,6 (с); S1 = 1,36 (м); S2 = 1,2 (м).

Ответ: S1 = 1,36 м; S2 = 1,2 м; ф = 1,6 с.

Задача 2. По прямому участку дороги с одинаковой скоростью х друг за другом едут две машины, одна из которых при торможении может двигаться с предельным ускорением a₁, а другая с a₂. Если с постоянным ускорение до полной остановки начинает тормозить водитель передней машины, то водитель задней реагирует и нажимает на педаль тормоза не сразу, а с задержкой ф = 0,3 с. В зависимости от того, какая из машин едет впереди, безопасные дистанции, исключающие столкновение между ними, оказываются равными L₁ = 6 м или L₂ = 9 м. Определите, с какой скоростью едут машины. Оцените разность ускорений Дa машин, если известно, что сами ускорения примерно равны 5 м/с². (Всероссийская олимпиада школьников по физике. Региональный этап. Теоретический тур. 2016 г. 9 класс).

Решение. Чтобы путь, пройденный за время ф, был минимальным, автомобиль должен начать тормозить. Пусть t₁ - время, прошедшее с момента начала торможения до момента остановки автомобиля. (Вместо t₁ в качестве параметра задачи можно ввести конечную скорость х₁ автомобиля). После этого момента автомобиль начнёт разгоняться в обратном направлении. Пройденный путь равен:

Преобразуем это выражение к виду:

Это квадратное уравнение относительно переменной t₁. Приведем его к виду:

Дискриминант этого уравнения равен:

Из анализа первого сомножителя находим, что путь, пройденный за время тау, минимален при условии:

Заключение

Обучение решению задач олимпиадного уровня - это долгий и трудоемкий процесс, который принесет свои плоды лишь при условии наличия регулярной практики решения физических задач.

Важно, чтобы подготовка к различным этапам олимпиад по физике соответствовала основным принципам обучения: во-первых, она должна быть посильной и постепенной, во-вторых, необходимо, чтобы подготовка строилась по принципу от простого к сложному, в-третьих, немаловажную роль играет сознательность и активность обучающихся в процессе обучения и т.д.

Решение задач олимпиадного уровня нельзя начинать спонтанно - обучающихся необходимо подводить к нему постепенно посредством решения большого количества базовых задач. Регулярные практические и/или факультативные занятия позволят обучающимся отточить мастерство решения задач, что положительно скажется на результате олимпиад различного уровня.

Список использованной литературы

1. Кондратьев, А.С. Методы решения задач по физике / А.С. Кондратьев, Л.А. Ларченкова, А.В. Ляпцев - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. - 312 с.

2. Бакунов, М.И. Олимпиадные задачи по физике / М.И. Бакунов, С.Б. Бирагов - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. - 220 с.

3. Каменецкий, С.Е. Методика решения задач по физике в средней школе: Кн. для учителя / С.Е. Каменецкий, В.П. Орехов. - М.: Просвещение, 1987. - 335с.

4. Беликов, Б.С. Решение задач по физике. Общие методы / Б.С. Беликов. - М.: Высшая школа, 1986. - 256 с.

5. Усова, А.В. Практикум по решению физических задач: пособие для студентов физ.-мат. ф-тов / А.В. Усова, Н.Н. Тулькибаева. - М.: Просвещение, 2001. - 208с.

6. Семёнов, М.В. Методические рекомендации по подготовке учащихся к участию в олимпиадах высокого уровня по физике / М.В. Семёнов, Ю.В. Старокуров, А.А. Якута. -- М.: Физический факультет МГУ, 2007. -- 60 с.

7. Русаков, В.С. Механика. Методика решения задач: учебное пособие / В.С. Русаков, А.И. Слепков, Е.А. Никанорова, Н.И. Чистякова. - М.: Физический факультет МГУ, 2010. - 368с.

8. Гельфгат, И.М. Решение ключевых задач по физике для профильной школы. 10-11 классы / И.М. Гельфгат, Л.Э. Генденштейн, Л.А. Кирик. - М.: ИЛЕКСА, 2016. - 288 с.

Размещено на Allbest.ru