Решение задач по физике в условиях проблемно обучения.

Испокон веков процесс обучения строился как процесс передачи

информации от учителя к ученику; к сожалению, это в корне противоречит

человеческой природе. Дело в том, что люди – существа деятельные: только

через собственную деятельность каждый познает окружающий мир, создает

для себя определенные условия жизни, ищет пути решения жизненных,

личных и профессиональных проблем; внутренний же мотив этой

деятельности связан с удовлетворением личных потребностей. В школе же

дети выполняют, преимущественно, совершенно иную «деятельность»:

слушают учителя и одноклассников, причем не по потребности, а потому что

им «велят», производят указанные учителем действия, в которых по большей

части не видят смысла. Это несоответствие между деятельностью, диктуемой

человеческой природой, и той, которую требуют выполнять в школе, рождает

массу педагогических проблем, решение которых не найдено до сих пор.

Одна из них - неподготовленность выпускников к самостоятельной жизни и

работе. Решать эту проблему можно лишь одним единственным путем:

строить учебный процесс в соответствии с природой человека.

Физика – одна из основных естественных наук. Целью обучения физике

является не столько «накопление» информации, «знание» фактов, законов и т.

д., сколько развитие мышления, освоение способов мыслительной

деятельности, воспитание культуры мышления, умения сопоставлять факты,

обобщать, делать выводы, находить пути решения проблем и т. д. В процессе

изучения физики как основной, фундаментальной естественнонаучной

дисциплины в школе приоритетной, на мой взгляд, является технология

проблемного обучения.

Исследования психологической науки показали, что понятия формируются

лишь в процессе решения задач, как в широком смысле - решения

поставленных перед учеником проблем, так и в узком смысле – решения

задач, сформулированных в задачниках.

Само слово «задача» на многих языках звучит как «проблема». Чтобы

задача заинтересовала, ее содержание должно быть продумано, актуально,

любопытно. Основная цель решения задач на уроках физики состоит в том,

чтобы учащиеся глубже понимали физические закономерности, суть

рассматриваемых явлений. С другой стороны, только решая задачи, можно

научиться их решать. Поэтому должна быть очевидной двойственность роли

задач в процессе изучения физики: процесс решения задач есть показатель

результативности обучения, он же – средство обучения, средство развития

способностей мыслительной деятельности.

Решению задач присуще такие основные функции как побуждающая,

познавательная, воспитывающая и развивающая. Особое место в реализации

этих функций занимает решение задач с элементами творческого подхода к

решению. Трудность обучения решению творческих, нестандартных задач

заключается в том, что они по определению, не имеют алгоритмов решения.

Исходя из трех функций обучения (образовательная, воспитательная,

развивающая) в зависимости от уровня развития учащихся, все задачи

можно разделить на три группы:

1) обучающие («тренировочные»);

2) воспитывающие – мотивационные («занимательные»);

3) развивающие («творческие»).

По идеям и методам всех решений все решения задач можно разбить на пять

групп, т.е. следует рассматривать решение задачи и отражающие процесс

решения задачи идеи: 1) примитивная; 2) стандартная; 3) квазитворческая; 4.

оригинальная; 5) поисковая. И соответствующие этим «идеям» – методы

решения задач:

1) метод проб и ошибок;

2) алгоритмический метод;

3) метод подписаний («обобщенный способ»);

4) эвристический метод;

5) поисковый метод.

Любую задачу можно сформулировать так, чтобы она стала проблемной (т. е.

вызвала интерес или хотя бы заинтересованность в ее решении). Такими

являются задачи с недостатком или избытком данных, имеющие

неопределенности в формулировке, задачи с неявным вопросом или с

отсутствием вопроса.

Ниже приведены некоторые функциональные роли задач при обучении

физике с примерами.

1. При изложении нового учебного материала. Для более глубокого

понимания явления свободного падения тел после выяснения характера

данного движения решается задача:

С балкона на высоте 25 м над землей вертикально вверх брошено тело со

скоростью 20 м/с.

Задача не содержит вопроса, условие служит лишь отправной точкой для

рассуждений, смысл такой задачи – распознать явление, рассмотреть его со

всех возможных сторон, выявить существенные детали. После обсуждения

ученики сами формулируют интересующие их вопросы, ответы на которые

(решения) отыскиваются сообща.

Вопросы для обсуждения (ставит учитель):



Можем ли мы сообщить какому-либо телу скорость 20 м/с?



Реальна ли данная ситуация?



Можно ли бросить тело «вертикально» вверх?



Будет ли это движение свободным падением? Почему?



Чем пренебрегаем в данной ситуации?



Как движется тело? Вверх? Вниз? И т.п.

Выполняется рисунок на доске (ось, уровень земли, начальная координата,

начальная скорость, ускорение). Записываются законы y(t) и v

y

(t).

Обсуждается смысл записанных уравнений.

Ученики задают следующие вопросы:



Где будет тело через 1, 2, … секунды? Какова его скорость в эти

моменты времени?



Когда тело будет на высоте 40 м, 50 м, 20 м?

Идет отработка навыков обращения с уравнениями y(t) и v

y

(t).

Обсуждаются результаты и их смысл.)



На сколько метров тело поднимется?

Решается по сути стандартная задача: найти максимальную высоту

подъема тела, брошенного вертикально вверх. Вопрос записывается в

тетрадь, высказываются предположения, ученики «сами» придумывают, как

найти h

max

. Необходимые записи делаются своевременно на доске учителем.



Когда и с какой скоростью тело упадет на землю?

(Строятся графики зависимостей y(t) и υ

y

(t), сопоставляются с

результатами вычислений.)

2. Вместо изложения новой темы. На 3-м или 4-м уроке в IX классе

вместо изложения тем «Проекции вектора на координатные оси»,

«Равномерное прямолинейное движение» решается следующая задача:

Тело переместилось из точки А с координатами (–3 м; 4 м) в точку В с

координатами (5 м; –2 м) за 4 секунды.

Задача не имеет вопроса, задана некорректно: многое недосказано.

Однако, рассмотрев с учащимися возможные варианты, останавливаемся на

прямолинейном движении с постоянной скоростью.

Вычерчивается рисунок (система координат, точки А и Б, вектор

перемещения). По ходу «вбрасываются» элементы нового материала:

проекции вектора перемещения, как их найти, их смысл, знаки проекций и их

смысл. Находится модуль перемещения. Все новые определения, формулы

записываются в тетрадь и выделяются. Выясняется смысл понятий

«равномерное» движение, «скорость». Находится модуль скорости по

условию задачи, проекции скорости, выясняется их смысл. Получаются

законы движения x(t), y(t); уравнение траектории у(х). Чертятся графики

функций x(t), y(t), у(х).

Данная задача решается практически весь урок. Учитель лишь направляет

ход мыслей учащихся в нужное русло. У детей создается ощущение, что они

сами «придумали» все «это» (т. е. способ описания равномерного

прямолинейного движения).

Аналогично можно «исключить» изложение нового материала по темам:

«Сила Лоренца», «Кинематика гармонических колебаний», «Резонанс в

электрической цепи», «Явление радиоактивного распада», «Искусственные

спутники Земли» и др.

3. Перед изучением новой темы. В VII классе перед изучением темы

«Архимедова сила» полезно решить задачу:

Брусок размерами 20×20×20 (см) опустили под воду на глубину 10 см.

Задача без вопроса. Основная цель решения задачи перед изучением темы

– «прочувствовать» ситуацию, получить выводы, на которые будем опираться

при изучении темы. Выводы должны быть понятны всем, это залог

успешного усвоения предстоящей темы.

Обсуждается неоднозначная ситуация: как можно осуществить реально

условие задачи. В результате появляется рисунок (брусок целиком в воде,

глубина погружения, по договоренности, – расстояние от поверхности воды

до верхней параллельной ей грани бруска). Далее рассчитываются силы, с

которыми вода давит на грани бруска; эти силы сравниваются, ученики

формулируют выводы (равнодействующая отлична от нуля, направлена вверх,

боковые силы уравновешены). Выясняется, какие еще силы действуют на

брусок (имеется в виду сила тяжести). Обсуждение приводит к

необходимости знать плотность вещества бруска. Для примера

предполагается, что брусок сделан из а) дерева; б) металла. Находится сила

тяжести в каждом случае, она сравнивается с равнодействующей сил

давления воды, делаются выводы (сплошное тело с плотностью, большей,

чем плотность жидкости, тонет в ней; с плотностью, меньшей, чем плотность

жидкости, всплывает). Задача решается весь урок в «активном» режиме.

4. Закрепление в процессе знаний, обобщение изученного. По теме

«Свойства паров. Влажность воздуха» предлагается задача:

Имеется сосуд, содержащий воздух при температуре 17°С и влажности

60%. Как сделать водяной пар в сосуде насыщенным?

(Это комплексная задача с неявным вопросом: неясно, что нужно найти.

Суть: «придумать» способ насыщения пара и сформулировать минизадачу,

затем ее решить.)

Строится график зависимости давления насыщенного пара от

температуры; наносится точка, описывающая данное состояние пара;

отыскиваются способы его насыщения. Рассматриваются все возможности:

изобарное охлаждение, увеличение массы влаги, изотермическое сжатие,

изохорное охлаждение. Все варианты предлагают и обосновывают ученики.

По ходу обсуждается реальность осуществления каждого из вариантов,

необходимые для этого условия. Изучается возможность каждого процесса в

реальной жизни (в квартире, на улице и т. д.). Процессы изображаются

графически. В результате решения одной задачи отрабатываются умения и

навыки по данной теме, актуализируются знания, происходит их более

полное и глубокое усвоение.

5. Проверка для усвоения учебного материала. Для проверки знаний,

умений и навыков учащихся используются в основном такие формы работы,

как самостоятельная, проверочная, контрольная работы. Отличительная черта

задач, входящих в задания данных работ, – преимущественно

репродуктивный характер самих задач. Этап проверки по сути – выявление

степени их соответствия требованиям образовательного стандарта. Здесь

задачи не средство обучения, их решение есть показатель осознанности и

глубины знаний. Однако важно такие задания дифференцировать. Можно

подготовить разноуровневые варианты, что мне кажется не совсем

целесообразным («сильный» ученик данную ему учителем «сильную» задачу

со словами: «Ты должен это решить», – может и не решить; как оценить его

труд, ведь уровень задачи явно выше требований стандарта). Эффективнее

будет давать такие задания, которые содержат относительно большое число

вопросов – шагов решения одной большой задачи.

Например, в контрольной работе по кинематике в IX классе может быть

такая задача:

Пассажир первого вагона поезда длиной L прогуливался по перрону вдоль

состава. Когда он был рядом с последним вагоном, поезд тронулся с

ускорением а. (Вместо «магического» слова «найти» предлагаются задания.)

1. Выберите систему отсчета, запишите уравнение движения поезда, и

зависимость его скорости от времени.

2. Постройте графики зависимостей x(t) и v

x

(t).

3. В момент начала движения поезда пассажир побежал со скоростью v

0

к

своему вагону. Запишите уравнение движения пассажира и постройте график

зависимости координаты от времени.

4. Через какое время пассажир догонит свой вагон? (Данные подбираются

так, чтобы было два корня при решении уравнения х

1

= х

2

.)

5. Объясните смысл ответов.

6. Чему равно перемещение пассажира относительно земли?

Относительно поезда? (За время бега.)

7. Найдите зависимость расстояния пассажира до своего вагона от

времени.

8. Напишите уравнение движения пассажира в системе отсчета, связанной

с поездом.

9. С какой минимальной скоростью может бежать пассажир, чтобы догнать

свой вагон? При каком условии пассажир не догонит свой вагон?

Есть много задач, которые можно так же «раскрутить»: поставить

множество вопросов – шагов. Очевидно, что в таком варианте

дифференциация имеет, если так можно выразиться, проблемный характер.

Преимущество этих заданий состоит прежде всего в том, что каждый ученик

загружен на весь урок, имеет возможность спокойно, в оптимальном для него

темпе решать то, что он может решить (в таком перечне заданий буквально

каждый ученик способен выполнить часть из них). Каждому заданию можно

присвоить некоторое количество баллов и оценивать его по проценту

правильных ответов (решений). Можно определить задания обязательные и

дополнительные, оценки выставляются в этом случае традиционным

образом.

Бесспорно, все изложенное выше не является полным описанием

технологии проблемного обучения, более того, наверняка можно предложить

некоторые другие формы, методы, приемы использования задач в рамках

проблемного обучения (в частности, остался не рассмотренным вопрос об

экспериментальных задачах и работах фронтального эксперимента и

практикума). В статье сделана попытка осмысления сущности проблемного

обучения в преломлении обучения физике через решение задач. Невозможно

все уроки строить на основе проблемного подхода, да и не нужно.

Эффективность процесса обучения физике – в гармоничном, оптимальном

сочетании элементов различных технологий. Однако все, о чем сказано выше,

было неоднократно апробировано, и результаты обучения оказались

неплохими как в профильных, так и в базовых классах.