Якісні задачі як засіб формування дієвих знань учнів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Якісні задачі як засіб формування дієвих знань учнів

к.т.н., доц. Муляр I.B. (ХмНУ)

Іванчик О.А. (Хм ЗОСШ №2)

Постановка завдання. В системі фізичної освіти великі можливості у розвитку інтелектуальних здібностей учнів мають якісні задачі. Ще автори перших збірників задач (В.Бооль, М.Е. Дерюгін, А.Ф. Знаменський, та ін.) у передмовах до своїх збірників задач обґрунтовували необхідність використання якісних задач при вивченні фізики і визначали їх функції: для «повного засвоєння теорії», «практичного застосування її», а також «розвитку розуму і кмітливості учнів».

Широке коло досліджень дозволяє зробити висновок по-перше, про багатофункціональність якісних задач, а по-друге, про достатній рівень дослідження методики використання якісних задач у навчанні фізики.

Наявність протиріччя між практичною потребою в максимальному інтелектуальному розвитку кожного учня в процесі розв'язування якісних задач з фізики і недостатність вивчення цієї проблеми в теорії зумовили актуальність і вибір обраної мною теми статті «Якісні фізичні задачі як засіб формування дієвих знань учнів».[3,5]

В процесі розв'язування школярами якісних задач їхній особистий досвід має надзвичайно важливе значення, оскільки практично зміст кожної якісної задачі пов'язаний з природними та побутовими явищами і безперечно, хід розв'язку буде залежати від цього досвіду, але можливостей для його виявлення у педагога за умов традиційного навчання немає.

Відомо, що процес діалектичного мислення активізується, коли у нас виникають питання, на які ми не можемо відповісти, сприймаючи певні об'єкти, згадуючи те, що ми знаємо про них, уявляючи їх, а також відносячи їх до певного класу вже відомих явищ, з'ясовуючи причини, що їх породжують. Для активізації цього процесу я розглядала кілька якісних задач перед поясненням нового матеріалу. Наприклад, перед поясненням теми «Тиск» у 8 класі я пропонувала учням такі задачі-запитання

а) Чому в лопати верхній край, на який тиснуть ногою, вигнутий?

Оскільки все це добре відомо переважній більшості учнів з повсякденного життя, то з'являється бажання пояснити. Проте зробити це виявляється не так просто, оскільки у своїх поясненнях учні наштовхуються на перешкоду, яка не дає змогу повністю пояснити явище, вони відчувають, що наявних у них знань для цього недосить. Таким чином, ми ставимо для учнів завдання, яке перебуває для них у зоні найближчого розвитку. Спосіб діалектичного мислення учнів, таким чином, базується на дослідженні, пошуках, а усвідомленню наукової істини передує нагромадження, аналіз, синтез, зіставлення і порівняння фактів, узагальнення, абстрагування.

Завдання полягає в тому, щоб вияснити, чим треба керувались, складаючи фізичні задачі, і як оцінювати роботу учнів, які виконують завдання вчителя.

Головна вимога до складання задачі -- це наявність хоча б одного її рішення. Задача повинна описувати фізичні явища і виступати роз'ясненням фізичної суті вивчених процесів.

Слід уникати складання задач з надуманими ситуаціями, перегружених технічними термінами (останнє особливо відноситься до випадків, коли в умові задачі включається галузевий матеріал) і даними, які можна взяти із довідників.

Бажано, щоб кожна задача була сформульована у вигляді закінченого, логічно зв'язаного тексту, з фразами, які складаються переважно з простих речень.

Не рекомендуються задачі у вигляді символічних зображень, розгляд їх не сприяє розвитку мислення учнів.

Якщо врахувати вимоги до складання якісних задач, то це дасть можливість більш методично правильно підходити до складання якісних задач. Полегшиться і процес навчання цьому учнів: вони будуть знати правила, яких потрібно дотримуватись, будуть діяти відповідно ним. [1,2]

Якісні задачі зазвичай використовують як засіб для закріпленім вивченого матеріалу. В багатьох темах шкільного курсу фізики якісні задачі являються основними. Дуже корисні такого типу задачі при опитуванні, оскільки вони дають можливість за короткий час вияснити засвоєння фізичної суті розглянутого питання. Успішне розв'язування учнями якісних задач показує усвідомлення їх знань, відсутність формалізму при засвоєнні матеріалу. Такі задачі досить різноманітні за тематикою, змістом та складністю.

Розв'язують якісні задачі, будуючи логічні умовиводи, засновані на фізичних законах, за допомогою індукції та дедукції Під час розв'язування таких задач аналіз та синтез пов'язані так тісно між собою, що їх іноді розділити неможливо, тобто можливий тільки аналітико-синтетичний спосіб суджень.

За змістом якісні задачі, на нашу думку, можна поділити на: природні, лабораторні, політехнічні, внутрішньо предметні, міжпредметні та абстрактні.

В задачах, які ми відносимо до природних, розглядаються такі явища, що відбуваються в природі і спостерігаються нами безпосередньо (наприклад, грім, блискавка, роса, туман тощо). Наприклад:

Чому ми спочатку бачимо спалах блискавки, а потім чуємо грім?

В наступній групі задач розглядаються різноманітні явища, що відтворюються в лабораторних умовах. Якісні задачі з лабораторним змістом відображають експериментальний метод дослідження у фізиці Наприклад, наступну задачу можна віднести до цієї групи:

Сірник довжиною 4 см, плаває на поверхні води, температура якої 18°С. Якщо з одного боку від сірника налити мильний розчин, то сірник почне рухатися. В який бік? Поясніть, чому?

В задачах із політехнічним змістом відображені різні сфери людської діяльності: сільське господарство, медицина, транспорт а також будь-яка галузь діяльності, що має відношення до фізичних явищ або використовує спеціальні технічні пристрої.[1,3]

Для того, щоб розв'язати задачу з внутрішньо предметним змістом, потрібно мати знання з інших розділів фізики. Прикладом може бути наступна задача: чим пояснити таке явище: під час польоту космічної станції у пляшці з водою повітря збирається всередині води у вигляді кулі?

Задачі з міжпредметним змістом. В умові цієї групи задач відображені відомості з інших галузей знань або навчальних предметів: хімії, географії та ін. Як правило, це задачі, які учні визнають складними. До даної групи задач можна віднести таку: чим зумовлений досить складний просторовий розподіл температури в тілі людини?

Задача. Питома теплота випаровування ефіру менша, ніж питома теплота випаровування води. Чому ж змочена ефіром рука відчуває сильніший холод, ніж змочена водою?

На початку експериментального навчання переважна більшість правильних відповідей були такими: «Рука відчуває сильніший холод, бо швидше випаровується, ніж вода». І тільки незначна частина учнів відповіли так: «Питома теплоємність - це величина, яка визначається кількістю теплоти, необхідної для випаровування 1 кг даної речовини. Якщо сказано, що ефір має меншу питому теплоємність, це означає, що йому потрібна менша енергія для випаровування. Оскільки температура руки однакова, молекули ефіру швидше покидають поверхню руки, забираючи частину енергії руки. Тому ми відчуваємо холод.»

Відповідь формулюється у вигляді малюнка, схеми, графіка. Дану форму задачі доцільно використати тоді, коли можна виразити за допомогою нескладного малюнка фізичну сутність явища або предмета. Але малюнок обов'язково має супроводжуватися коротким обгрунтуванням.

Якісні задачі з абстрактним змістом (в основі їх моделі: матеріальна точка, точковий заряд, ідеальний газ, фізичне тіло та ін.). Слід відмітити, що такі задачі зустрічаються рідко і вчитель не повинен зловживати такими задачами, особливо в молодших класах. Вони можуть бути доцільними в старших класах, оскільки мислення старшокласників відрізняється більшим рівнем абстрактності, до того ж в цих класах фізика оперує не конкретними поняттями, а їхніми ідеальними образами - точковий заряд, матеріальна точка, електромагнітна хвиля та ін.

Для більш ефективного сприймання, а також розуміння задачі важливу роль має форма формулювання її умови (текстова, наочна, графічна або експериментальна).

В текстовій формі вся інформація, що складає умову задачі, подається за допомогою усного або письмового тексту. Наочна - умова подається за допомогою малюнка, фотографії або будь-якого предмету. Слід відмітити, що малюнок, графік або дослід може доповнювати текстову задачу. Часто в задачі може бути одночасно графік і малюнок (дослід і малюнок і т.д.). Класифікуючи якісні задачі за формою подачі, на мою думку, необхідно вести мову про основну, суттєву інформацію. Наприклад, завжди в якісних задачах зустрічається усний або письмовий текст, може відігравати додаткову роль (пояснення малюнка, опис деталей експерименту і т.д). За характером проблеми якісні задачі умовно можна поділити на такі:

— пояснення явищ (наприклад, чому при шліфуванні поверхонь тертя зменшується лише до певної межі, а при продовженні шліфування - починає знову збільшуватися?). Як свідчить досвід, такі задачі є найпоширенішими і, на думку учнів, набагато легшими, ніж наступний тип задач;

— передбачення явищ (що відбудеться, коли...). Прикладом може бути наступна задача: космонавт у кабіні ШСЗ перебуває в стані невагомості. Що буде з космонавтом, якщо він, повиснувши у повітрі почне робити колові рухи рукою?

— обгрунтування неможливості того чи іншого явища (наприклад, чи можна звичайним термометром виміряти температуру однієї краплини гарячої води?);

— порівняння явищ і предметів у якісному відношенні (наприклад на терезах встановлено дві однакові посудини. Одна заповнена сухим повітрям, друга - вологим (насиченою водяною парою) при однакових тисках і температурах. Яка посудина важча?);

— задачі на систематизацію і класифікацію понять;

— задачі на виявлення і встановлення закономірностей, суттєвих зв'язків;

— визначення умов (що потрібно зробити для того, щоб... Прикладом може бути наступна задача: що повинен зробити водій машини, під'їжджаючи до крутого повороту? Чому він повинен бути особливо уважним в сиру погоду, під час листопаду чи голольоду?);

— задачі, що містять елемент парадоксальності (наприклад, що цієї групи можна віднести наступну задачу: завжди після купання, щоб зігрітися, роблять різкі рухи руками, ногами, стрибають, бігають. Чому це допомагає зігрітися, адже при цьому витрачається енергія на виконання роботи по переміщенню свого тіла і повинно втрачатися тепло?

Безперечно, існує значна кількість задач, яка поєднує декілька із зазначених типів. Як свідчить досвід, у випадку зацікавлення учнів якоюсь задачею, вони самі змінюють її умову, розв'язуючи таким чином декілька якісних задач. Саму ж задачу в такому випадку неможливо віднести до жодного із зазначених вище типів.

Виходячи із співвідношення умови і вимоги задачі, можна виділити два типи якісних задач.

1. У задачі задано умови і явище, ідо відбувається за цих умов. Потрібно пояснити, чому за даних умов відбувається розглядуване явище. Пояснити - означає знайти одне або декілька (ланцюг) теоретичних положень, з яких випливає зв'язок між умовами і вказаним явищем. Прикладом може слугувати наступна задача: чому вирощування найкращих зразків кристалів можна провести тане в космосі?

2. У другому типі задач виділяють два суттєво відмінні випадки.

1- й випадок. У задачі задано явище. Вказати умови, за яких воно може відбуватися. Яскравим прикладом може бути наступна задача: чи можна створити умови, за яких внутрішня енергія переходила б від тіл, що мають нижчу температуру, до тіл з вищою температурою ?

2- й випадок. У задачах можуть бути вказані умови перебігу певного явища, яке треба передбачити. Передбачуване явище і є вимогою або запитанням задачі. Шуканими тут є теоретичні положення, що включають умови задачі. До даного типу задач можна віднести наступну: на столику у вагоні потяга лежать коробка цукерок і яблуко. Чи змінять своє розташування ці предмети відносно пасажира потяга, який сидить за столом, коли потяг рушить?

Щодо класифікації якісних задач за методом розв'язування, то слід наголосити, що різноманітність логічних прийомів та їх поєднань, що використовуються в процесі розв'язування якісних задач, ускладнюють створення детальної класифікації.

Враховуючи специфіку якісних задач, а саме те, що розв'язуються вони математичних обрахунків, а шляхом логічних міркувань, основним методом, що використовується при розв'язуванні якісних задач будемо вважати аналітико-синтетичний. Вважаємо за доцільне розглянути прийоми, які я використовувала в процесі навчання учнів розв'язувати якісні задачі. [1]

Евристичний прийом полягає у постановці і розв'язанні взаємопов'язаних якісних запитань, відповіді на які містяться або в умові задачі або у відомих учням фізичних закономірностях, або у їхньому практичному досвіді чи знаннях з інших предметів. Цей прийом привчає аналізувати фізичні явища, описані в задачі, синтезувати дані її умови зі змістом відомих фізичних закономірностей, узагальнювати факти, робити висновки. Безперечно, успіх організації діяльності учнів у процесі розв'язуванім якісних задач, керування нею залежить від уміння скласти оптимальну систему запитань на кожному етапі розв'язування конкретної задачі Як свідчить досвід, запитання евристичного характеру можуть бути докладними на початкових етапах засвоєння учнями загальних принципів розв'язування задач. На подальших етапах запитання повинні лише спрямовувати діяльність учнів і мати проблемний характер.

Використання графічного прийому дає змогу відповісти на запитання задачі у процесі побудови та дослідження відповідного креслення, графіка, рисунка, схеми, тощо. До переваг цього методу треба віднести наочність і лаконічність розв'язку. Завдяки розв'язуванню якісних задач за допомогою побудови графіків розвивається функціональне мислення учнів, вони привчаються до точності і акуратності в роботі. Особливо велика цінність таких задач, коли явище досліджується в динаміці. У деяких розділах курсу фізики графічний прийом є одним із основних у процесі розв'язування якісних задач.[4]

Експериментальний прийом розв'язування якісної задачі передбачає отримання необхідної інформації в процесі розв'язування шляхом постановки експерименту. В таких задачах, зазвичай, пропонується відповісти на запитання: «Що відбудеться?», «Як зробити?». Слід зазначити, в такому «чистому» вигляді цей прийом зустрічається рідко. Він реалізується, головним чином, у проблемному навчанні, коли досліджуючи якесь явище, учні формулюють на їх основі нові положення. Хоча в процесі розв'язування якісної задачі експеримент використовується досить часто. Тільки він виступає не в якості джерела нової інформації, а більш в наочно-ілюстративному плані. Якщо задача розв'язується шляхом дедуктивних міркувань, то експеримент дозволяє перевірити і підтвердити правильність міркувань. У процесі експериментального розв'язування якісних задач учні стають дослідниками. Розвивається їхня природна допитливість, активність, формуються практичні уміння, навички роботи з фізичними приладами і установками. Якщо правильно поставлено дослід, відповідь не викликає сумнівів. Разом з тим експеримент не пояснює, чому саме так, а не інакше відбувається явище. На допомогу приходить логічне доведення, пояснення.

Прийом знаходження ключових слів.

Досить часто, як переконує практика, учні після читання задачі створюють і розв'язують фактично іншу задачу, включаючи в неї одні слова з основного тексту і не включаючи інші, а це призводить до невірної відповіді. Відбувається це тому, що кожен учень володіє власним об'єктним досвідом стосовно умов даної задачі, а оскільки він може бути неправильним, то і подальші роздуми над задачею призведуть до невірного результату. Як буде показано мною далі, за допомогою навчання в групах під час розв'язуванім учнями якісних задач ми діагностуємо і корегуємо цей досвід.

Задача. Чому коли піднімати мокре мило з мильниці, вона піднімається разом з милом?

Ключовими словами, тобто в яких відображені результати фізичного процесу, хід або умови його виникнення, в даній задачі є слова «мокре» - вказує на наявність рідини між тілами, «піднімається» - на спостережуваний результат цього явища.

Поділ даної задачі на „підзадачі" і розв'язування послідовно кожної.

Задача, на прикладі якої ми розглянемо зазначений прийом, добре відома, але оскільки в ході її розв'язування в учнів виникали проблеми, то вважаємо за доцільне зупинитися на ній.

Металева кулька, яка при кімнатній температурі проходить через кільце з цього ж металу, застряє, якщо її нагріти. Чи пройде не нагріта кулька через кільце, якщо його нагріти?

З відповіддю на цю задачу в учнів виникли ускладнення, оскільки вони міркують так: під час нагрівання кільця відбувається його розширення у всіх напрямках, а значить, і в центр кільця, що призводить до зменшення діаметра отвору. Звісно, легше за все отримати відповідь з досліду, але наше завдання полягає в тому, щоб навчити учнів формулювати гіпотези, доводити їх логічно і лише потім перевіряти експериментально, оскільки не всі випадки і процеси можна відтворити за допомогою експерименту. Розбиваємо дану задачу на кілька під задач.

а) припустимо, що кільце і кулька нагріті до однієї і тієї ж температури.

Оскільки це рівноцінно тому, що і кулька і кільце були б при кімнатній температурі, то кулька вільно пройде через кільце, тому що обидва виготовлені з одного і того ж металу, тобто мають однаковий коефіцієнт розширення

б) якщо кільце залишити не нагрітим, а кульку охолодити до кімнатної температури, то кулька зменшиться в діаметрі і через кільце тим більше пройде.

Отже, відповідь: якщо нагріти кільце, а кульку залишити при кімнатній температурі, то вона пройде через кільце.

Перевірити відповідь пропонуємо учням за допомогою експерименту. Досить часто, як свідчить досвід, учні не можуть розв'язати задачу тому, що їм не відомі співвідношення між елементами задачі. В таких ситуаціях ми використовуємо прийом «граничних випадків». [5]

Задача. Дослідити, як змінюватиметься період коливань маятника, виготовленого з маленької жерстяної коробки, наповненої піском і повішеної на довгій нитці, якщо в її дні зробити невеликий отвір.

Аналізуючи з учнями умову задачі, ми спочатку в ході бесіди з'ясовуємо, що в даній задачі йдеться про коливання невеликого тіла, підвішеного на довгій і тонкій нитці, і що таке тіло можна вважати математичним маятником (попередньо запитуємо учнів, чи має значення матеріал, з якого виготовлена ця коробка?). Потім учні пригадують, від чого залежить період коливань математичного маятника, і визначають його довжину в трьох випадках: 1) отвір у жерстянці закритий; 2) отвір у жерстянці відкритий; 3) пісок із жерстянки повністю висипався. Розв'язавши ці проміжні задачі, учні дійдуть правильного висновку: період коливань даного маятника спочатку збільшувався, оскільки при висипанні піску центр тяжіння системи знижувався і, в зв'язку з цим, збільшувалася довжина маятника. Коли весь пісок висипався, центр тяжіння підвищився, довжина маятника зменшилася і період коливань досяг початкового значення.

Прийом доведення «від супротивного».

Також існує тип фізичних задач, які доцільно розв'язувати шляхом доведення від супротивного, відомого учням з геометрії. Застосування даного методу зводиться до наступного. Ми виходимо з деякого припущення, і, коли користуючись вірними законами, постулатами та принципами, роблячи ряд логічних умовиводів, в результаті приходимо до протиріччя, то далі міркуємо так: якщо це твердження невірне, то ми могли прийти до нього в результаті логічно правильних умовиводів тільки за однієї умови: якщо наше вихідне припущення невірне. Для наочності продемонструємо викладене на прикладі.

Задача. Доведіть, що силові лінії електростатичного поля не замкнуті.

Розв'язання. Припустимо, що силові лінії електростатичного поля замкнені. В такому випадку, коли б на такій лінії виявилась вільна заряджена частинка з початковою швидкістю, рівною нулеві, то вона б рухалася вздовж лінії прискорюючись під дією електростатичного поля. А це в свою чергу, призвело б до нескінченного збільшення кінетичної енергії частинки, що суперечить закону збереження енергії. Тобто, наше вихідне припущення невірне, а значить, силові лінії електростатичного поля незамкнені.

«Переінакшення реальності» -- це завдання на зникнення чогось наприклад : що б сталося, якби зникло тертя?; позбавлення об'єкта можливості здійснювати звичні дії (івантаж, який нічого не важить); зміна звичного напрямку дії {людина є отрутою для диму).

Прийом парадоксальності - використовується, як правило, для учнів високого рівня знань на етапі мотивації навчальної діяльності. Прикладом може слугувати наступна задача: відомо, що сила тертя кочення менша, ніж ковзання. Чому ж взимку можна бачити, як колесо воза не котиться, а ковзає?

Аналіз наукового пояснення дозволяє виділити ряд його властивостей. Безперечно, найважливішою особливістю наукового пояснення фізичних явищ полягає в тому, що в нього повинні бути покладені фізичні закони Властивість наукового пояснення включати в свій склад закони науки називається теоретичністю пояснення.

Більшість явищ природи частіше за все буває зумовлена не якоюсь однією, а деякою сукупністю причин. При відсутності хоча б однієї з цих причин явище не відбувається. Тому під час наукового пояснення повинна бути виявлена і включена у склад пояснення вся сукупність сумісно діючих причин Властивість наукового пояснення включати у свій склад повну сукупність причин, що зумовлюють дане явище називається повнотою пояснення.

Наступною особливістю більшої частини явищ дійсності полягає в тому, що одне і те ж явище в одних випадках може бути викликане одними причинами (або їх сукупністю) а в інших випадках - іншими причинами. При цьому явище відбувається, коли реально діє хоча б одна з можливих причин. Під час наукового пояснення того чи іншого конкретного явища повинна бути виявлена і включена до складу пояснення та з теоретично можливих причин, яка обумовлює це явище в даній ситуації. Властивість наукового пояснення включати ту з можливих причин, дією якої в даній конкретній ситуації зумовлене дане явище, називається правильністю пояснення. Для прикладу наведемо задачу.

Під час коління дров у поліні застряла сокира. Як краще вдарити по твердій опорі: вниз поліном або вниз обухом сокиру, щоб розколоти поліно? Час удару вважати однаковим.

Аналіз змісту та хід розв'язування якісних задач допомагає виявити вміння учнів аналізувати фізичні явища, встановлювати причинні зв'язки між ними і робити правильні висновки, сприяє поглибленню і закріпленню знань учнів, розвиває в них логічне і фізичне мислення, творчу фантазію, допомагає набувати вмінь застосовувати теоретичні положенім для пояснення фізичних явищ. [4]

Аналізуючи якісні задачі, учні стикаються з суперечностями, розв'язання яких сприяє розвитку діалектичного мислення, допомагає створити в них правильні наукові поняття, розширює технічний кругозір, забезпечує підготовку до практичної діяльності. Розв'язування якісних задач потребує кмітливості і дотепності, уміння самостійно робити правильні логічні висновки. Здебільшого для розв'язання якісних задач не треба робити громіздких розрахунків, а якщо вони і є, то такі прості, що їх учні можуть виконати усно.

Розв'язування якісних задач можна практикувати з різною метою: для повторення вивченого, підготовки учнів до сприймання нового матеріалу, для перевірки і обліку знань учнів та для забезпечення зв'язку навчання з життям.

В усіх випадках на основі добору задач треба виходити з того, що вони дадуть для поліпшення ефективності уроку. Оскільки однією з програмних вимог є прищеплення учням практичних умінь і навичок, то якісним задачам слід надавати практичного змісту.

Розв'язуючи якісні задачі, треба домагатися, щоб відповіді учнів були логічними і повними, щоб вони узагальнювали тему і виділяли головне. Це дасть можливість виявляти якість засвоєння учнями вивченого матеріалу і їх уміння застосовувати теоретичні знання на практиці.

інтелектуальний якісний задача фізика

Література

1. Анісімов А.Ю. Як складати і розв'язувати задачі з фізики: Посібник. - К., 2004. - 127 с.

2. Аристова Л.П Активность учения школьников. -- М.,1968. -- 128 с.

3. Атаманчук П.С. Методичні основи управління навчанням фізики. -- Кам'янець-Подільський, 2005. - 195 с.

4. Благодаренко Л., Мініч Л., Шут М. Особливості навчальної програми узагальнення знань з фізики для учнів 11-х класів в системі особистісно-орієнтованого навчання. / Наукові записки. Випуск 55. - Серія: Педагогічні науки. - Кіровоград: РВВ КДПУ ім. В Винниченка. - 2004. - С.22- 26.

5. Вайзер Г.А., Н.И. Горбуненко. Особенности умственной деятельности учащихся при решении качественных задач по физике М., 1995. -- С.36-45

6. Варикаш В.М., Кимбар Б.А., Варикапі И.М. Физика в живой природе: Кн. для учащихся / 2-е изд., доп. - Минск, 1984. - 127с.

Размещено на Allbest.ru