Развитие творческого и научного мышления при решении задач по физике для вуза с гуманитарным уклоном

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЗВИТИЕ ТВОРЧЕСКОГО И НАУЧНОГО МЫШЛЕНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ ДЛЯ ВУЗА С ГУМАНИТАРНЫМ УКЛОНОМ

КасымбаевА.Т.

ст. преподавателькафедры «ИСиИ»

Кокшетауский университет имени Абая Мырзахметова

В статье рассматриваются различные средства и способы воспитания творческих способностей и развития самостоятельного мышления студентов. В частности, рассматриваются этапы анализа решений физических задач, получение точных соотношений с помощью математического аппарата. Показаны варианты установления истины путем научных экспериментов, подтвержденных опытом.

ГУМАНЕТАРИЯЛЫ? БА?ЫТТА?Ы ЖО?АРЫ О?У ОРЫНДАРЫНДА?Ы ФИЗИКА П?НІНЕН ЕСЕП ШЫ?АРУ КЕЗІНДЕГІ ШЫ?АРМАШЫЛЫ? Ж?НЕ ?ЫЛЫМИ ОЙ - ?АБІЛЕТТЕРІН ДАМЫТУ

Ма?алада студенттерді? шы?армашылы? м?мкіншіліктерін т?рбиелейтін ж?не ?зіндік ойлау ?абілеттерін дамытатын ?дістер мен жа?дайлар ?арастырыл?ан. Математикалы? аппараттар к?мегімен табыл?ан на?ты ара-?атынастар алынып, физикалы? есептер шы?ару кезе?деріні? анализы ?арастырыл?ан. Т?жірибемен аны?тал?ан ?ылыми эксперименттер а?и?аттарын табу жолдарыны? н?с?алары к?рсетілген.

DEVELOPMENT OF CREATIVITY AND SCIENTIFIC THINKING AT THE SOLUTION OF TASKS ON PHYSICS FOR HIGHER EDUCATION INSTITUTION WITH A HUMANITARIAN BIAS

The article discusses the various ways and means of education and the development of creative abilities of independent thinking. In particular stages of analysis are considered problem-solving. Getting the exact relationships using mathematical tools. And also to establish the truth, you need to put scientific exeperimental confirmed experience.

Мышление - способность человека рассуждать, представляющая собой процесс отражения объективной действительности в представлениях, суждениях, понятиях («Словарь русского языка» С.И. Ожегов).

Творческое мышление - оригинальность, не тривиальность, необычность высказывание идей, ярко выраженное стремление к интеллектуальной новизне. Творческий человек почти везде и всегда стремится наитии свое собственное, отличное от других решении (Дж. Гилфорд).

Научное мышление - это интеллектуальный процесс построение и соотнесение мыслей с целью формирование знании достижение истины.

Задача--проблемная ситуация с явно заданной целью, которую необходимо достичь.

Развитие--процесс, направленный на изменение материальных и духовных объектов с целью их усовершенствование.

При изучении точных наук большое значение играет решение задач, которое дает возможность студенту применить свои знания и развить мышление, а преподавателю - эффективно объяснить те или иные законы природы, проверить, насколько глубоко понимает студент предмет.

Кроме того, при обучении с помощью решения задач можно воспитать и выявить творческое и научное мышление.

Воспитание творческих способностей в человеке основывается на развитии самостоятельного мышления. На мой взгляд, оно может развиваться в следующих основных направлениях: в умении научно обобщать, умении применять теоретические выводы для предсказания течения процессов на практике и, наконец, выявлении противоречий между теоретическими обобщениями и процессами, происходящими в природе.

Очевидно, что наиболее подходящими областями для воспитания общего научного творческого мышления в естествознании является физика и математика, так как здесь путем решения задач и примеров можно с раннего возраста воспитать самостоятельность мышления [2].

Если сравнить эффективность развития мышления у студентов, то физика, по-видимому, окажется, гораздо ближе к жизни и к возможностям научного изучения процессов в окружающей нас природе, тем более что уже на лабораторных занятиях студент видит, как из наблюдений выводить теоретические обобщения.

Вначале рассмотрим некоторые общие рекомендации для решения задач. Задачи можно подразделить на “простые”, “средние” (обычные), “сложные” и “повышенной трудности”.

“Простая” задача ставит цель развить у учащегося умение пользоваться известной формулой и в большинстве случаев решение заключается в подстановке в эту формулу данных из условия. При этом вырабатывается умение пользоваться размерностями, физические величины становятся не какими-то абстрактными понятиями, а становятся “ощутимыми” благодаря их количественной оценке.

“Средняя” задача уже требует использования нескольких зависимостей, возможен даже вывод рабочих формул.

В “сложной” задаче необходимо использовать знания нескольких разделов физики, обязательно присутствует преобразование известных формул и вывод необходимых зависимостей, составление и решение алгебраических уравнений.

Задачи “повышенной трудности” требуют нестандартного подхода, обычно используется какая-то “догадка”, зачастую пренебрегают “несущественными деталями” ради достижения “решаемости”.

В любом случае надо внимательно прочитать текст условия, так как обычно при составлении задачи каждая фраза имеет определенное значение. Поэтому при составлении рабочих уравнений надо просто переводить эти фразы на язык физических определений или зависимостей. Сложную задачу желательно разбить на более простые блоки. Надо обязательно понять физику явления, “физический смысл задачи”, определить, к какому разделу (или разделам) относится задача - это уже половина решения.

Затем необходимо приступить к интерпретации условия задачи, то есть выражения условия задачи в виде определенных физических понятий, позволяющих использовать (применить) те физические законы и зависимости, которые могут привести к решению, то есть нужно понять, какие явления, рассматриваемые в задаче, играют главную роль, а какими можно пренебречь. При решении каждой задачи должна присутствовать так называемая “идея” - ключ к решению, то есть, какие основные законы использовать для достижения заданной цели. В соответствии с этим нужно выбрать идеализированную картину рассматриваемого процесса и установить для нее применимость соответствующих физических законов.

Решение задачи лучше начинать с самых общих зависимостей, имеющих место в данном случае. Далее, формула, записанная в самом общем виде, разворачивается, конкретизируясь в зависимости от условий до той степени, при которой возможно ее применение с использованием имеющихся “исходных данных”. При составлении формул или зависимостей надо строго следовать тем понятиям и определениям физических законов и явлений, которые даны в учебниках (или пособиях), не надо выдумывать “своих” определений физических законов или величин или упрощать их “для лучшего понимания”, так как при этом можно исказить суть явления или процесса. Физику называют точной наукой, но понятие точности относится скорее не к точности вычислений - здесь как раз и невозможно добиться абсолютной точности - она определяется возможностями вычислительной техники, а к точности формулировок и понятий, вложенных в эти формулировки.

Ход решения задачи желательно снабжать комментариями, не слишком подробными, но достаточными для понимания процесса. Не надо “стесняться” объяснения, казалось бы, очевидных истин, именно здесь может таиться подвох и мы получим решение с точностью “до наоборот”.

Если же путь к решению не очевиден (не представляется очевидным), выписываются те зависимости, которые справедливы для данного рассматриваемого явления (процесса), при этом необходимо отвлечься от того, что является известным, а что необходимо определить.

Обычно задачи ставятся так, чтобы подходов к их решению было несколько, с тем чтобы и в выборе решений могла проявляться индивидуальность.

Для студентов первого курса можно предложить, например: Камень брошен с некоторой высоты. Надо определить время полета камня за первый метр полета и за последний метр полета камня?

При решении этой задачи время за первый метр найти легко. Чтобы найти за последний метр, необходимо найти время за весь пройденный путь (высота задана в условии). Затем от общего пути надо отнять один метр и найти это время. Наконец, от времени пройденного общего пути отнять время, полученное при отнятом за последний один метр [1].

Ответы студента дают возможность оценить склонность и характер его научного мышления. Самостоятельное решение такого рода задач дает студенту тренировку в научном мышлении и выработать в нем любовь к решению научных проблем. Надо приучить студентов к тому, что в математике как параметры, так и переменные величины в математическом уравнении должны являться конкретными количествами, а в физике символы в формулах, определяющие физические величины, всегда представлялись для них конкретным количественным знанием.

Одним из главных элементов качественного анализа является решение задачи на упрошенных моделях, в которой отброшено все несущественное - усложнять решенную задачу проще, чем сразу решать сложную. Не имея предположительного проекта решения, без качественного анализа нельзя приступать к поискам точного результата.

Перед тем как научиться решать крупную научную проблему, студентам надо решать ее в малых формах, входящими в задачу величинами, тогда проясняется физическая картина явления и возникает проект ожидаемого решения.

На подоконнике был оставлен на ночь сосуд с мутной водой. К утру муть осталось только у той стенки, которая обращена к комнате. В какое время года произведен этот опыт?

Ответ. При неравномерном нагревании сосуда в нем непрерывно существуют конвекционные потоки, которые у дна направлены от холодной стенки к теплой. Эти потоки переносят оседающую на дно муть к более теплой стенке, очевидно, стенка, обращенная к комнате, теплее, чем обращенная к окну. Значит, опыт производили зимой.

Следующая стадия - получение точных количественных соотношений с помощью математического аппарата теории - целиком опирается на первую.

Например:

1. Объясните, почему человек может бежать по тонкому льду и не может стоять, на нем не проваливаясь?

2. Какие движения должен совершать человек, чтобы вертеть на туловище обруч?

3. У автомобиля, участвуюшего в гонке, лопается шина. С какой скоростью должен ехать автомобиль, чтобы шина не сминалась [4, с.352].

Развитие самостоятельное аналитического и творческого мышления представляет собой одно из эффективных средств воспитания, а выявление и оценка этих качеств при обучении молодежи возможны в ходе решения этих задач.

Оценим период колебаний маятника. Предположим для простоты, что тяжелый груз с массой mподвешен на легком стержне, массой которого можно пренебречь. Прежде всего выясним, какие величины могут входить в выражение для периода колебаний. Поскольку сила, движущая маятник к положению равновесия, - это сила тяжести, то период может зависеть от ускорения силы тяжести q и от массы маятника m. Кроме того, может войти также длина маятника l. Разумеется, такие величины, как температура и вязкость воздуха несущественны, если мы пренебрегаем затуханием маятника. Не войдет в задачу также и скорость вращения земли,если мы не учитываем ускорения Кориолиса, которое возникает от движения точки подвески маятника вместе с Землей. Таким образом, надо знать при решении задач, чем можно пренебречь. Из трех оставшихся величин -- q,m, l -- можно составить только одну комбинацию, имеющую размерность времени. Это величина равна (корень квадратный из длины и ускорения силы тяжести), а следовательно, период Tравен а, умноженное квадратному корню l от q, где а равен 2, умноженному на пи [3].

Таким образом, мы без вычислений, пользуясь только анализом, получили, что период колебаний математического маятника не зависит от его массы и пропорционален корню квадратному из его длины.

Очень полезно анализировать структуру физической теории, то есть выяснить, из каких исходных получаются те или иные результаты. Однако главное в таком подходе не математическая строгость выводов, а правильный выбор исходных предположений и оценка того, какие из них наиболее достоверно подтверждены опытом.

После получения решения в общем виде и числового ответа наступает этап анализа решения. На этом этапе выясняют, как и от каких физических величин зависит найденная величина, при каких условиях эта зависимость осуществляется и т.д. В заключение анализа общего решения рассматривается возможность постановки и решения других задач путем изменения и преобразования условий данной задачи. Анализ решения задачи в какой-то степени является творческим процессом, и поэтому его метод не должен быть очень жестким и может включать в себя (в зависимости от условий задачи) и ряд других элементов. Анализ решения тесно связан с методом постановки задачи.

Опыт показывает, что задачи которые дают в сборниках, не всегда имеют тот характер который воспитывает мышление самостоятельность студента проявляется в том, чтобы правильно выбрать формулы в которые нужно поставить данные мне думается, что следует ставить задачи менее определенно, давая студентам самостоятельно подбирать подходяшие величины из опыта.

Например каких размеров должна быть линза чтобы собранные в фокусе линзы солнечные лучи раскалили железную проволку. Второй пример определить мощность насоса, необходимую для поддержание струи с земли чтобы тушить пожар на седьмом этаже.

Студенты любят такие задачи они не имеют точного решение, и это вызывает живое обсуждение.

Система этапов решения поставленной физической задачи важна не сама по себе. Особенность системы этапов заключается в том, что она непосредственно связана с проблемой системы методов решения задач по физике. Дело в том, что на каждом этапе решающий задачу должен осуществлять соответствующую этому этапу самостоятельную деятельность. Для того чтобы научиться решать задачи по физике, необходимо решать их самостоятельно. Но если не указать решающему задачу общих способов (методов) его деятельности, то он будет действовать на основе метода проб и ошибок. Отсюда вытекает необходимость в системе общих методов для проведения всех этапов решения произвольной задачи по физике как способов самостоятельной деятельности того, кто эту задачу решает. Следовательно, система общих методов должна обладать следующим свойствами: а) она должна быть универсальной, т.е. применяться к решению любой задачи из общего курса физики; б) она должна охватывать все этапы решения произвольной задачи.

1. Развивать у студентов самостоятельность мышления по применению знаний в различных ситуациях.

2. Формировать элементы творческого поиска на основе приёмов обобщения.

3. Развивать у студентов коммуникативные способности: принимать участие в обсуждении способов решения физических задач; выслушивать мнение своих одноклассников; распределять задания между товарищами (с учётом их способностей); способствовать сотрудничеству в парах, группах и т.д.

4. Развивать мыслительные способности студентов; учить анализировать; сравнивать; делать выводы и обобщения; ставить и разрешать проблемы.

5. Обеспечить развитие творческих способностей: строить цепочку логических рассуждений; высказывать собственные суждения; формулировать выводы и заключения самостоятельность мышления по применению знаний в различных ситуациях.

В ходе исследования изучены» характер отражения научного стиля мышления в содержании естественнонаучного образования, функции, направления формирования в обучении, критерии и уровни сформированности. Предложены пути совершенствования содержания учебных программ и учебников по ряду предметов естественнонаучного цикла. Установлено:

a) для усиления воспитывающего, обучающего, развивающего эффекта естественнонаучного образования необходимо в процессе обучения целенаправленно и систематически вооружать учащихся основами научного стиля мышления;

b) овладение научным знанием в единстве его предметной и операциональной сторон требует от учащихся усвоения содержания и структуры учебно-познавательной деятельности;

Формирование основ научного стиля мышления в процессе обучения осуществляется по направлениям, сформулированным в гипотезе исследования. Самостоятельность данных путей относительна, это не параллельные ряды, но система взаимодействующих через цель, содержание, методы, организационные формы направленной работы по формированию у учащихся научного стиля мышления. Основанием такого взаимодействия является система научных знаний и предметно-преобразующая деятельность студентов, организуемая и направляемая преподавателем. Каждая из выделенных направлений имеет объективное основание. Методологические принципы и характеристики научного стиля мышления, политехнический характер естественнонаучного материала, отражение в содержании образования, - основание непосредственного формирования научного стиля мышления в процессе использования методов и организационных форм обучения. Единство предметной и операциональной сторон научного знания является объективной предпосылкой формирования представлений учащихся о предметной и операциональной сторонах учебно-познавательной деятельности и развития рефлексирующего мышления у учащихся. Здравый смысл, сформировавшийся у студентов до развертывания конкретного познавательного цикла учебно-познавательной деятельности, является основанием его корректировки и использования в данном и последующих познавательных циклах.

В условиях бурно развивающейся научно-технической революции роль физики чрезвычайно возрастает, и не только как технической науки, рождающей целые отрасли производства, но и как фундаментальной мировоззренческой. Необходимость физических знаний для специалистов с высшим образованием в области естественных и технических наук очевидна [5]. Среди общеобразовательных предметов вузовский курс общей физики занимает важное место в подготовке специалистов, так как их квалификация определяется не только объемом полученных знаний, но и уровнем понимания общих законов развития науки и техники, навыками научного мышления, мировоззрением. Общефизическая подготовка студентов содержит благоприятные возможности для формирования мировоззрения и развития научного мышления будущих специалистов.

мышление студент физическая задача

Литература

1. Волькенштейн В.С. Сборник задач по курсу физики с решениями. М.: Высшая школа, 2002.

2. Капица П.Л. Успехи физических наук. М.: Наука, 1996.

3. Савельев И.В. Курс общей физики. Механика. Т. 1. М.: Наука. 2003.

4. Осадчук Л.А. Методика преподавания физики. Киев - Одесса: «Высшая школа». 1984.

5. Ефремова Н.А., Рудковская В.Ф., Склярова Е.А. Важность фундаментального подхода к изучению физики в вузе // Фундаментальные исследования. - 2007. -№5 - С. 41 - 44.

Размещено на Allbest.ru