За период своей профессиональной деятельности учитель в среднем даёт 25 000 уроков. Урок служит полигоном для проверки разных типов обучения: от догматического и объяснительно-иллюстративного до проблемно-развивающего, подвергаясь воздействию новаторских методов и средств обучения. Современный урок — это, прежде всего урок, на котором учитель умело использует все возможности для развития личности ученика, её активного роста, осмысленного усвоения знаний, для формирования её нравственных основ. Урок — это система социальная, которая может существовать только при взаимодействии учителя с учащимися. Сущность урока составляет организация учителем разнообразной работы учащихся по усвоению новых знаний, умений и навыков, в ходе, которой осуществляется их воспитание и развитие. Современный урок должен строится на основе самодеятельности учащихся в учебном процессе, их самоорганизации, коллективной учебной деятельности, ответственности школьников. Сущность урока заключается в том, что он является структурообразующей единицей учебно-воспитательного процесса. На его базе реализуется, раскрывается и усваивается учебная программа. Урок является живой клеточкой учебно-воспитательного процесса, всё самое важное и самое главное для школьника совершается на уроке. Целью данной методической разработки является описание опыта апробации программы курса по физике «Решение задач по физике» для обучающихся 7 класса и создание рабочей тетради для учащихся. Для реализации поставленной цели нами были определены следующие задачи: − разработать и апробировать программу курса; − создать рабочую тетрадь для учащихся. Апробация новой программы курса осуществлялась на базе МОУ Мордвиновская средняя общеобразовательная школа Ярославского муниципального района, предлагаемые идеи и полученные результаты были представлены на районных семинарах учителей физики. Практическая значимость работы состоит в том, что в ней представлена программа курса для обучающихся 7 класса «Решение задач по физике». Данная методическая разработка может представлять интерес для учителей физики общеобразовательных школ. А так же данная программа может быть адаптирована и использована в качестве программы факультативного курса. 4 1. Психолого-педагогические основы методики решения физических задач. 1.1. Задачи как средство обучения и воспитания учащихся на занятиях по физике. Физической задачей в учебной практике обычно называют небольшую проблему, которая в общем случае решается с помощью логических умозаключений, математических действий и эксперимента на основе законов и методов физики. 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 основу современной физики, а также задачи, показывающие присущие физике методы исследования. Задачи с историческим содержанием позволяют показать борьбу идей, возникавшие перед учеными трудности и пути их преодоления. «Ничто так не способствует общему развитию и формированию детского сознания, как знакомство с историей человеческих в области науки, отраженной в жизнеописаниях великих ученых прошлого и в постепенной эволюции идей», - писал П.Ланжевен. Примерами могут служить задачи об опытах по определению скорости света, изучению строения атома и т.д. Некоторое понятие об основном физическом методе исследования явлений природы — эксперименте, основу которого составляют измерения и математические исследования функциональной зависимости между физическими величинами, целесообразно дать учащимся с помощью экспериментальных задач. Например, уже в 7 классе могут быть решены следующие задачи: Проградуируйте пружину и выразите формулой зависимость ее удлинения от приложенной силы. Используя модель гидравлического пресса, установите связь между изменением высот поршней и их площадями. Решение задач — важное средство политехнического обучения и профессиональной ориентации учащихся. Задачи содержат важные сведения о многих отраслях современного производства, массовых профессиях, поисках и находках рационализаторов и изобретателей. Наряду с задачами производственного и естественнонаучного содержания большое значение для связи обучения с жизнью имеют задачи о физических явлениях в быту. Они помогают видеть физику «вокруг нас», воспитывают у учащихся наблюдательность. В процессе решения задач учащиеся приобретают умения и навыки применять свои знания для анализа различных физических явлений в природе, технике и быту; выполнять чертежи, рисунки, графики; производить расчеты; пользоваться справочной литературой; употреблять при решении экспериментальных задач приборы и инструменты и т.д. особенно полезны в этом отношении задачи, для решения которых используется трудовой и 5 жизненный опыт учащихся, наблюдения, выполняемые ими во время экскурсий, при работе в школьных мастерских, на производственной практике. Решение задач имеет и большое воспитательное значение. С помощью задач можно ознакомить учащихся с возникновением новых идей, обратить внимание на достижения науки и техники. Решение задач — нелегкий труд, требующий большого напряжения сил, он может нести с собой и творческую радость успехов, любовь к предмету, и горечь разочарований, неверие в свои силы, потерю интереса к физике. Решение задач — чуткий барометр, по которому учитель может постоянно следить за успехами и настроением учеников и эффективностью своей учебно-воспитательной работы. 1.2. Методика решения физической задачи Методика решения задачи зависит от многих условий: от ее содержания, подготовки учащихся, поставленных перед ними целей и т. д. Тем не менее существует ряд общих для большинства задач положений, которые следует иметь в виду при их решении. Количество задач в курсе физики средней школы весьма велико. В VII—IХ классах учащиеся должны усвоить около 170 основных формул. Поскольку в каждую формулу входит не менее трех 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 относится и математическая подготовка учеников. Затем на первый план выступает обучение как некоторым общим, так и специальным приемам решения задач определенных типов. Идеальным было бы создание для них алгоритмов решения; т. е. точных предписаний, предусматривающих выполнение элементарных операций, безошибочно приводящих к искомому результату, Однако многие задачи нерационально решать, а иногда и просто нельзя решать алгоритмическим путем. В одних случаях для решения задачи вообще не имеется алгоритма, в других он оказывается очень сложным и громоздким и предполагает перебор громадного числа возможных вариантов. Для большинства физических задач можно указать лишь некоторые общие способы и правила подхода к решению, которые в методической литературе иногда преувеличенно называют алгоритмами, хотя скорее это «памятки» или «предписания» алгоритмического типа. 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 определенной системе в соответствии с логикой изучаемого материала при максимальном внимании к общим фундаментальным закономерностям и фактам. Без этого каждая задача будет восприниматься как нечто новое и перекос умений решения одних задач на решение других будет затруднен. Однако усвоение готовых и общих положений еще 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 т. д. 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 ее 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 несуще- 6 ственны 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. Например, в задачах по механике часто не учитывают трение, в задачах по геометрической оптике — толщину «тонких» линз и т. д. Одни упрощения оговариваются в условии задачи с самого начала, другие приходится делать по мере ее 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 ее к тому или иному типу, и то особенное, что составляет ее 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 приемов рациональных вычислений и т. д. Большинство задач нужно стараться решать в общем виде, а уже затем производить числовые расчеты. 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, нужно приучать учащихся пользоваться справочными таблицами и микрокалькуляторами. С правилами приближенных вычислений учащиеся знакомятся на уроках математики до изучения физики. Однако применяют их главным образом на занятиях по физике. В заключение проводят проверку и анализ решения. Сначала проверяют порядок полученной величины (с помощью прикидки), производя более грубое, чем это положено правилами действий с приближенными 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 приближенных подсчетов. В простейших случаях подсчеты 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 ее 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 ее решения. Полезно по условию задачи собрать и продемонстрировать соответствующую установку, которую в начале решения 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 встре- 7 чаются в условии. Ниже («на всякий случай») оставляют несколько строк для табличных данных и делают соответствующий чертеж. Пользуясь чертежом, анализируют условие задачи. Особо следует отметить важность логической проверки решения задачи, правдоподобность ее ответа. Такая проверка основывается на знании реальных, часто встречающихся в жизни значений величин (силы тока в осветительных лампах, скорости транспортных средств и т.д.), на знании примерного значения важнейших физических констант, представления о масштабах тех или иных физических явлений и т.д. 2. Классификация задач 2.1. Классификация задач Задачи по физике классифицируют по многим признакам: по содержанию, назначению глубине исследования вопроса, способам решения, способам задания условия, степени трудности и т. д. По содержанию задачи следует разделить прежде всего в зависимости от их физического материала. Различают задачи по механике, молекулярной физике, электродинамике и т. д. Такое деление условно в том отношении, что нередко в условии задачи используются сведения из нескольких разделов физики. Различают задачи с абстрактным и конкретным содержанием. Достоинство абстрактных задач состоит в том, что в них выделяется и подчеркивается физическая сущность, выяснению которой не мешают несущественные детали. Достоинство конкретных задач — большая наглядность и связь с жизнью. Задачи, содержащие материал о технике, промышленном и сельскохозяйственном производстве, транспорте и связи, называют задачами с политехническим содержанием. Содержание политехнических задач должно быть тесно связано с изучаемым программным материалом. Рассматриваемый технический объект или явление, как правило, должны иметь широкое применение в народном хозяйстве. В задаче должны быть использованы реальные данные о машинах, процессах и т. д. и поставлены вопросы, которые действительно встречаются на практике. Технические задачи не только по содержанию, но и по форме должны, возможно, ближе подходить к условиям, встречающимся в жизни, где в задачах «ничего не дано», а необходимые данные приходится находить по схемам, чертежам, брать из справочной литературы или из опытов. Ряд задач содержит сведения исторического характера: данные о классических физических опытах, открытиях, изобретениях или даже исторических легендах. Такие задачи называют задачами с историческим содержанием. Широкое распространение получили занимательные задачи. Отличительная их черта — использование необычных, парадоксальных или занимательных фактов или явлений. Их решение оживляет урок, повышает интерес к физике. В зависимости от характера и методов исследований вопросов различают качественные и вычислительные задачи. Качественными называют задачи, при решении которых устанавливают только качественную зависимость между физическими величинами. Как правило, вычисления при решении таких задач не производят. Иногда этот вид задач в методической литературе называют подругому: задачи-вопросы, логические задачи, качественные вопросы и др. Количественными называют задачи, при решении которых устанавливают количественную зависимость между искомыми величинами, а ответ получают в виде формулы или определенного числа. По способу решения различают устные, экспериментальные, вычислительные и графические задачи. Деление это условно в том отношении, что при решении большинства задач применяют несколько способов. 8 2.2. Качественные задачи 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 законах, с помощью индукции и дедукции. При решении этих задач анализ и синтез связаны так тесно между собой, что их иногда разделить нельзя, т. е. возможен только аналитико-синтетический способ рассуждений. Схема решения качественных задач примерно следующая: чтение условия задачи, выяснение всех терминов в ее условии; анализ условия задачи, выяснение физических явлений, построение (если это требуется) схемы или чертежа; построение аналитико-синтетической цепи рассуждений; анализ полученного ответа с точки зрения его физического смысла, соответствия условию и реальности. Иллюстрируя методику решения качественных задач, разделим их на две основные группы: а) Простые качественные задачи (их называют задачами вопросами), решение которых обычно основывается на одном физическом законе; цепь умозаключений здесь сравнительно проста. б) Сложные качественные задачи, представляющие как бы совокупность или комбинацию нескольких простых задач. Решая их, приходится строить более сложные цепи умозаключений, анализировать несколько физических закономерностей. Начнем с рассмотрения задач-вопросов. Приведем несколько таких задач: Почему, споткнувшись, человек падает вперед? На каком явлении основано освобождение одежды от пыли при встряхивании? Какие способы насадки топора на топорище возможны? На каком явлении оно основано? Во всех трех задачах имеет место явление инерции, поэтому в построении цепи умозаключений при решении этих задач опираются на физический закон, описывающий данные явления. В рассматриваемых случаях это первый закон Ньютона — закон инерции, формулировку которого ученики должны повторить в процессе решения задач. Применяя закон инерции, заключают, что споткнувшийся человек падает вперед потому, что его ноги, задержанные каким-либо препятствием, останавливаются, а другие части тела по инерции продолжают движение вперед. Подобным образом дают ответы и на вопросы других. В задачах-вопросах могут использоваться и различные зависимости, выражаемые физическими формулами. Приведем пример такой задачи. Каким приемом человек может быстро удвоить давление, производимое им на пол? Вначале проводят анализ физической сущности происходящего, В задаче спрашивается о давлении, а давление р определяется отношением модуля силы давления F к площади S, на которую эта сила действует: р = F/S. Значит, давление зависит как от силы давления F, так и от площади S. Поэтому, во-первых, давление возрастет в два раза, если в два раза увеличить силу давления при той же площади. Этого можно достигнуть, взяв в руки дополнительный груз, равный весу человека. Но есть и вторая возможность увеличить давление — умень- 9 шить площадь опоры в два раза. Для этого человеку достаточно встать на одну ногу и несколько изменить свое положение, чтобы не нарушилось равновесие. Качественными могут быть также и графические задачи, в которых объектом исследования являются графики зависимости физических величин. В одних случаях эти графики заданы условием задачи, в других — их надо построить по данным задачи. Качественные графические задачи заключаются в основном в «чтении» и построении несложных графиков. Работу с графиками можно постепенно усложнять, предлагая учащимся находить и количественные зависимости между величинами, вплоть до составления формул. Если по этим формулам будут проводиться расчеты, то эти задачи будут уже вычислительными. 2.3. Вычислительные задачи Под вычислительными понимают задачи, в которых результат решения получают с помощью вычислений и математических операций. Такие задачи можно решать различными путями. В настоящее время в школе используют координатный метод. Его применяют чаще при решении задач по механике и во многих комбинированных задачах, где векторные уравнения записывают в виде проекций на выбранные оси координат. Известен так называемый алгоритмический способ решения задач, когда решение проводят в указанной последовательности действий, специально разработанной для данного типа задач. Но этот способ в школе широкого применения не получил, так как нужна разработка и запоминание большого числа алгоритмов. В настоящее время нельзя свести все способы решения физических задач к ограниченному числу; их разнообразие не дает возможности этого сделать. Есть попытки разработать обобщенный подход к решению физических задач, который был бы применим ко всем видам задач, указывал бы путь их решения. Но это очень трудная проблема и пока попытки ее решения свелись либо к перечислению этапов решения задач (анализ условия задачи, запись данных, чертеж по данным задачи и т. п.), либо к решению вопроса. Как поступать на первом этапе решения задач, т. е. к анализу условия физической задачи, что очень важно, но не является методом решения. С различными методами (путями) решения физических задач учащихся следует знакомить в процессе решения конкретных задач. 10 3