WWW.PDF.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Разные материалы
 

Pages:   || 2 |

«Российский открытый университет Н.Н.Тулькибаева, Л.М.Фридман, М.А.Драпкин, Е.С.Валович, Г.Д.Бухарова РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ФИЗИКЕ по Психолого-методический аспект ...»

-- [ Страница 1 ] --

Челябинский государственный педагогический институт

Уральский государственный профессионально-педагогический университет

Российский открытый университет

Н.Н.Тулькибаева, Л.М.Фридман, М.А.Драпкин,

Е.С.Валович, Г.Д.Бухарова

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

ФИЗИКЕ

по

Психолого-методический аспект

Челябинск 1995

ББК 74.262.22

Р 47

Н.Н.Тулькибаева, Л. М. Фридман, М.А.Драпкин, Е.С.Валович, Г Д.Бухарова. Решение задач по физике. Психолого-методический аспект / Под ред. Н.Н.Тулькибаевой, М.А.Драпкина. - Челябинск: Изд-ва ЧГПИ "Факел", ЧВВАИУ и Урал. гос. проф.-пед. ун-та, 1995. - 120 с.

Рецензенты:

Г.Н.Сериков - доктор педагогических наук, профессор, заведующий кафедрой управления ЧИПКРО.

В.А.Черкасов - доктор педагогических наук, профессор кафедры педагогики ЧГУ.

В книге реализован деятельностный подход к решению физических задач, обеспечивающий целенаправленное усвоение понятий: "задача", "решение задач", "обучение решению задач".

Авторы раскрыли структуру деятельности по решению учебных физических задач, описали методику развертывания системы операций, входящих в эту структуру, и свертывания операций в действия на различных этапах обучения учащихся средней школы решению задач.

В книге описана методика решения задач с межпредметным и производственно-техническим содержанием, приведено около 150 задач, значительная часть которых является оригинальными.



Книга предназначена для учителей школ, преподавателей ГПУ, учащихся и студентов вузов.

ISBN 5-85716-046-4 ISBN 5-230-06628-8 © Издательство “Факел” Челябинского государственного педагогического института, 1995 Издательство Уральскою государственного профессио­ нально-педагогического университета, 1995 Проблема обучения учащ ихся реш ению ф изических задач м н о ­ гократно обсуж далась в методике преподавания ф изики. Издано огромное количество различных руководств по реш ению ф и зи ч е с ­ ких задач, защ ищ ены десятки кандидатских и докторских д и с с е р ­ таций, опубликовано огромное количество книг, м онограф ий, с т а ­ тей по данной фундаментальной проблеме.

К сожалению, до сих пор у основной массы учащ ихся н аб л ю ­ дается низкий уровень сф ормированности умения реш ать ф изи — ческие задачи. Конечно, причин этого явления много, но одной из них является, по наш ему мнению, недостаточная разработанность методики обучения учащ ихся реш ению ф изических задач.

В настоящ ее время педагогическая ценность умения реш ать ф изические задачи общ епризнанна. Реш ение задач является в а ж ­ нейшим средством осущ ествления воспитательных и обучающ их целей изучения ф изики. От уровня сф орм ированности умения решать задачи зависят действенность ф изических знаний, глубина понимания ф изики.

Вот почему мы реш ились предложить читателям - учителям ф и — зики, студентам и преподавателям ф изических ф акультетов высших учебных заведений и всем, интересую щ им ся проблемой обучения учащ ихся реш ению ф изических задач, данное пособие, в котором мы попытались излож ить свое видение рассм атриваем ой проблемы, разумеется, не претендуя на ее окончательное реш ение.

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

М ЕТОДИКИ ФОРМИРОВАНИЯ У УЧАЩИХСЯ

УМЕНИЯ РЕШАТЬ ЗАДАЧИ





–  –  –

О громная роль реш ения задач в процессе обучения ф изике обусловлена, с одной стороны, тем, что важ ной целью обучения ф и зи к е является овладение учащ имися методами реш ения разл и ч ­ ных, главным образом практических ф изических задач, а с другой стороны — тем, что полноценное достиж ение всех целей обучения ф и зи к е возм ож но лиш ь с помощью реш ения учащ имися системы учебных ф изич еских задач. Таким образом, реш ение задач по ф и ­ зике вы ступает и как цель, и как средство обучения. Учитывая это, учитель, предлагая для реш ения учащ имся ту или иную задачу, долж ен ясно осознавать основную цель ее реш ения, ту ф ункцию в обучении и развитии личности, которую долж но сыграть реш ение этой задачи. Реш ение любой задачи полифункционально, ибо оно приводит ко многим изм енениям в знаниях, структуре деятельнос­ ти и психике учащ ихся. Среди этих изм енений имеется главное, ради которого учитель и предлагает для реш ения именно данную задачу. Это главное изм енение в личности учащ ихся и надо иметь в виду, говоря о ф ункциях реш ения ф изических задач в обучении.

П роцесс реш ения некоторых, наиболее значимых задач следует заверш ать обсуж дением, цель которого выяснить, что нового узнали учащ иеся в результате проведенного реш ения, какие особенности задачи и ее реш ения наиболее важны, что полезно запомнить и т. д.

О сновны е ф ункции реш ения задач следующие:

а) вводно — мотивационная,

б ) познавательная;

в) развиваю щ ая;

г} воспиты ваю щ ая;

д) иллюстративная;

е) практического применения изучаемы х ф изических законов и закономерностей;

ж) ф орм ирования у учащ ихся специальны х ф и зических у м е ­ ний й навыков;

з) ф орм ирования у учащ ихся м еж предм етны х ум ений и навы ков;

и) ф орм ирования у учащ ихся общ их ум ений и способностей;

к) контрольно— о ц ен о ч н ая.

Рассмотрим некоторы е из приведенны х выш е ф ункции р е ш е ­ ния задач.

В водно— мот ивационная функция заклю чается в том, что р е ­ ш ение задач позволяет ф орм ировать внутренню ю мотивацию у ч еб ­ ной деятельности учащихся. Одним из важ н ей ш и х внутренних мотивов учебной деятельности является познавательны й интерес Для ф орм ирования интереса учащ ихся к изучению ф изики можно эф ф ективно использовать проблемное обучение, а для создания проблемных ситуаций применять реш ение задач. С этой целью удобно использовать качественны е и эксперим ентальны е задачи, а такж е задачи с историческим содерж анием, послуж ивш ие толчком для создания и развития гой ф изической теории, которая с о с т а в ­ ляет содерж ание новой учебной темы. П риведем несколько п р и ­ меров таких задач.

Задача 1. С какой целью при движ ении автомобиля по песку или снегу из его шин выпускаю т часть воздуха? (При изучении материала темы "Давление").

Задача 2. О динаковы е ли расстояния проходят левы е и правые колеса автомобиля на повороте? (При изучении темы "Равномерное движ ение по окруж ности").

Задача 3. Почему для управления электрическими цепями б о л ь­ шой мощности лучше использовать электром агнитное реле, а не рубильник? (При изучении темы "Явление самоиндукции").

Для ф орм ирования интереса к ф изике мож но такж е применять реш ение задач с практическим содерж анием, показы ваю щ их з н а ­ чение ф изических знаний для учащ ихся. П риведем примеры таких задач.

Задача 4. Почему на размытой дождем грунтовой дороге гр у ­ ж еный автомобиль буксует меньше, чем порож ний? (При изучении силы трения).

Задача 5. П очему максимальная разреш енная скорость д в и ­ ж ен ия легковы х автомобилей выше, чем грузовых? (При изучении законов Н ью тона).

Задача 6. П очему иногда сильно нагреваю тся электрические розетки или вилки электроприборов? К акие последствия может вы звать это явление? (При изучении темы "Работа и мощность электрического тока").

И ллю ст рат ивная функция заклю чается в том, что иллю стра­ ция и кон кретизаци я ф изических законов и явлений посредством реш ения задач позволяю т углубить знания учащ ихся.

Задача 7. Вокруг гвоздя, забитого в сырую доску, появляется красноваты й налет.

В чем причина этого явления? (При изучении темы "Д ифф узия").

Задача 8. М асса автомобильного прицепа 10 т.

Какую работу соверш ает двигатель автомобиля по буксировке этого прицепа на расстояние 10 км, если ко эф ф и ц и ен т трения шин о поверхность дороги равен 0,08? (При изучении темы "М еханическая работа").

Задача 9. Для закалки стального сверла его нагревают, а затем опускаю т в масло.

О пределить массу масла, необходимую для охлаж дения сверла от 800 до 60 °С, если масса сверла 1 2 0 г, а удельная теплоем кость масла 2000 Д ж /(к гх К ). (При изучении темы "Тепловые явления").

П ракт ическое при м ен ен ие изучаемы х ф изических явлений и законов при реш ении задач позволяет учащ имся глубже осознать их содерж ание, является одним из способов закрепления знаний и преодоления ф орм ализм а знаний.

Задача 10. И скусственны й спутник Земли массой 500 кг в р а ­ щ ается по круговой орбите радиусом 6500 км.

Определить д е й ­ ствую щ ую на И С З силу тяж ести и работу, соверш енную этой силой за один полный оборот спутника.

Реш ение этой задачи позволяет учащ имся осознать границы прим еним ости ф ормулы силы тяж ести F=mg, а такж е понять, что центрострем ительная сила не соверш ает работу.

Задача 11. Вращ ение от коленчатого вала двигателя ав т о ­ мобиля передается его колесам через специальное устройство — д иф ф еренц иал, благодаря котором у ведущ ие колеса могут в р а ­ щ аться с различной скоростью.

Для чего нуж но это устройство?

Реш ение этой задачи позволяет учащ имся понять, что при о п и ­ сании вращ ательного движ ения твердого тела нельзя пользоваться понятием "линейная скорость" и приходится вводить новое п о ­ нятие "угловая скорость").

Задача 12. Допустимое давление для некоторого сорта бетона составляет 5000 кПа.

При какой вы соте бетонной колонны мож ет произойти ее разруш ение под действием силы тяж ести ?

Реш ение данной задачи способствует закреплению понятий:

"давление", "плотность", "сила тяж ести".

Деятельность учащ ихся по реш ению учебных ф изических задач позволяет ф орм ироват ь специальны е ф изи ческие ум ения и н а ­ выки.

Задача 13. П очему ам перм етр нельзя подклю чать параллельно потребителю электрической энергии?

Реш ение этой задачи направлено на ф орм ирование умения пользоваться одним из измерительны х приборов.

Задача 14. С опротивление школьного вольтметра 40 Ом, его предел изм ерения 4 В.

Как переделать этот вольтметр, чтобы с его помощью можно было изм ерять нап ряж ение до 100 В?

Реш ение задач, аналогичных данной, а такж е задач на расчет шунта амперм етра позволяет ф орм ировать у учащ ихся умение и з ­ менять предел изм ерения электроизмерительны х приборов.

Задача 15. П редел изм ерения вольтметра 300 В, его шкала с о ­ держ ит 100 делений.

Каково напряж ение на участке цепи, к концам которого подсоединены клеммы данного вольтметра, в случае, если его стрелка показы вает 40 делений?

Реш ение задач, аналогичных данной, ф орм ирует у учащ ихся измерительны е навыки.

Важной ф ункцией реш ения задач является ф орм ирован ие меж предметных умений (вычислительных, изм ерени я те м п е р а ­ туры, определения координат полож ения тел в пространстве, п о ­ строения и анализа граф иков и многих других).

Задача 16. Атом какого элемента и зоб раж ен на рис.

1? Заряж ен или электрически нейтрален этот атом? К ак назы вается такой атом?

Каков состав ядра этого атома?.

Задача 17. По граф ику (рис.

2) определить ускорен ие а в т о ­ мобиля при движ ении на 1 - й и 4 - й передачах.

Задача 18. Почему при н арезани и-резьб ы реком ендуется с м а ­ зывать маслом метчик или лерку?

Реш ение учебных ф изических задач такж е способствует ф о р ­ мированию общ еучебны х умений и способност ей учащ ихся (анализировать явление, выделять сущ ественны е стороны явления, находить сходство и различие в ряде явлений и объектов, у с т а­ навливать п р и ч и н н о -с л е д с т в е н н ы е связи явлений).

X м/с Задача 19. Утонет ли стальная гайка в сосуде с водой, н ах о ­ дящ ем ся на борту орбитальной станции, внутри которой под ­ дер ж и вается нормальное давление воздуха?

Задача 20. П очему двигатель автомобиля развивает большую мощ ность при разгоне по сравнению с равномерны м движ ением?

Задача 21. О пределить изм енение внутренней энергии стал ь­ ного слитка м ассой 500 кг при его плавлении.

Чем обусловлено это изм ен ен ие (изм енением энергии движ ения молекул или и зм ен ен и ­ ем энергии их взаим одействия)?

К он т рольн о— оценочная функция реш ения задач обусловлена тем, что р еш ен ие задач является простым, удобным и д остовер­ ным способом проверки знаний и умений.

Задача 22. Д вигатель автомобиля потребляет 20 кг горючего в час.

К акова мощ ность двигателя, если его КПД 25 %?

Р еш ение данной задачи позволяет проверить знание учащимися понятий: мощ ность", "теплота сгорания топлива", "теплотворная способность топлива", "КПД механизма".

К ак правило, для проверки знаний использую тся количествен­ ные задачи, однако с этой целью мож но такж е использовать к а ­ чественны е, эксперим ентальны е, граф ические и другие виды задач.

Задача 23. В какой точке траектории тела, брош енного под у г­ лом к горизонту, нормальное к траектории ускорение тела будет максимальным? (Сопротивление воздуха движ ению тела не учитывать).

Задача 24. Ц ирковой гимнаст сначала пры гает на гибкую д о с ­ ку — трамплин, а затем вверх.

П очему в этом случае пры ж ок будет более высоким, чем без трамплина?

Очень важно, чтобы цель реш ения каж дой задачи была ясна учителю и известна учащимся. Только в этом случае реш ение ф изических задач будет проводиться учащ имися сознательно, с полным пониманием цели реш ения.

1.2. М етодика реш ения и методика обучения реш ению учебных ф изических задач Необходимо различать методику реш ения и методику обучения реш ению ф изических задач. Если первая отвечает на вопрос, как реш ат ь ту или иную задачу по ф изике, то вторая рассм атривает принципиально иную проблему: как научит ь учащ ихся реш ать любые задачи но курсу ф изики средней школы. П ервая методика является составной частью второй, однако вторая не просто ш ире первой, но отличается от нее иной направленностью, иной целью.

Ш ироко распространенная в практике школы методика обучения реш ению задач (методика решения) состоит в том, что учитель демонстрирует учащ имся способы реш ения так называемы х т и п о ­ вых задач, а учащ иеся, подражая учителю, реш аю т по показанным образцам больш ое число однотипных задач. Н изкая эф ф ективность такой методики общ еизвестна. Она ярко проявляется в ситуации, когда абитуриенты, пытаясь реш ить несложную, но незнакомую им по форме задачу, заявляют, что такие задачи они в ш коле не р е ш а ­ ли, а поэтому и данную задачу реш ить не могут.

Очевидно, что повыш ение уровня умения учащ ихся реш ать з а ­ дачи по ф изике не мож ет быть достигнуто разработкой очередной методики реш ения задач. Эту проблему можно разреш ить только разработкой и ш ироким внедрением в практику школы м етодоло­ гии процесса обучения реш ению задач по ф изике, то есть мет о­ дики обучения.

О сновные полож ения методики обучения реш ению ф изических задач:

а) необходимо вы рабаты вать у учащ ихся общ ий подход к о с о з ­ нанному поиску реш ения любой ф изической задачи;

б) для ф орм ирования такого общего подхода учащ иеся должны иметь четкие представления о сущности, структуре и особенностях ф и зических задач, о м еханизм ах и процессах их решения;

в) реш ение ф изических задач является слож ной деятельностью, состоящ ей из ряда действий, которы е в свою очередь состоят из операций;

г) для осущ ествления этой слож ной деятельности учащ иеся долж ны иметь прочные умения и навыки в выполнении отдель­ ных действий и операций, входящих в ее состав. Следовательно, необходимо ввести в обучение систему особых учебных заданий для ф орм ирования у учащ ихся необходимых умений выполнять над заданной задачей конкретны е действия и операции. Для того чтобы прямой целью деятельности было овладение данным действием или о п е р а ц и е й, сама задача не реш ается (наиболее эф ф ективно усваи — вается лиш ь то содерж ание обучения, которое является для у ч ен и ­ ка прямой, непосредственной целью его учебной деятельности);

д) для более глубокого осознания учащ имися особенностей фи — зических задач целесообразно ввести в процесс обучения систему учебных заданий по самостоятельному сост авлению учащимися новых и обратны х заданным ф изических задач, их п реобразовани ю.

В соответствии с этими полож ениями процесс обучения у ч а ­ щихся реш ению ф изических задач долж ен содерж ать следующие блоки:

а) изучение элементов теории учебных ф изических задач;

б) систем у учебных заданий по ф орм ированию у учащихся у м е­ ний и навы ков в выполнении отдельных действий и операций, входящих в деятельность по реш ению ф изических задач;

в) систем у учебных заданий по составлению и преобразованию ф изических задач;

г) систем у ф изических задач для ф орм ирования у учащихся общ его подхода к поиску способа реш ения задачи (обобщенной структуры деятельности), знакомства с различными методами р е ­ ш ения и развития способностей в реш ении разнообразны х ф и з и ­ ческих задач. Необходимо отметить, что указанны е блоки в п р о —.

цессе обучения не разделены по времени, а пересекаю тся и п е р е ­ кры ваю т друг друга.

Задача в учебном процессе по ф изике является особой ф ор мой предъявления информации, средством осущ ествления у ч еб н о ­ го процесса и развития учащихся.

Первоначально ф изические задачи возникаю т как знаковы е модели проблемных ситуаций. П роблемные ситуации появляются в процессе практической, научной, познавательной деятельности, к о ­ гда субъект на пути к цели деятельности сталкивается с к а к и м - т о затруднением.

Это затруднение м ож ет быть вы звано отсутствием нуж ных з н а ­ ний, противоречиями с имею щ имися знаниями, необходимостью сделать выбор в ситуации неопределенности и другими причинами.

Центром проблемной ситуации является субъект, который о к а ­ зался в такой ситуации. П оэтому проблемную ситуацию никому другому нельзя передать — это ситуация, в которой находится д а н ­ ный субъект и никто иной. П роблемные ситуации стимулируют активную познавательную деятельность субъекта, направленную на углубленный анализ таких ситуаций. Результатом данного анализа является создание знаковой модели проблемной ситуации. Эта знаковая модель (т. е. описание, представление) проблемной с и т у а ­ ции и есть задача. Значит, задача есть знаковая модель (т. е. о п и с а ­ ние на к а к о м -л и б о языке) проблемной ситуации. Задачи в о т л и ­ чие от проблемных ситуаций можно передавать другим, а с л е ­ довательно, можно изменять, можно придумывать.

Ф изическую задачу такж е можно рассм атривать как словесно — символическое описание к а к о й - т о реальной или воображ аемой задачной ситуации. Любое изучаемое ф изическое явление о п и сы ­ вается различными характеристикам и. Н екоторы е из этих х а р а к ­ теристик мы можем непосредственно установить (задать), а другие остаю тся неизвестны ми. В этих случаях возникает задачная с и т у ­ ация по определению к а к и х - т о неизвестны х характеристик р а с ­ сматриваемого явления или процесса. Словесное или иное о п и с а ­ ние (графическое, аналитическое и т. д.) этой задачной ситуации и является ф изической задачей.

Учебная задача — систем ны й объект. О сновными ее ком п онен­ тами являю тся содерж ание (предмет задачи, условие и требование) и средства реш ения (методы и способы реш ения).

Д ругими словами (с точки зрения кибернетики), задача вкл ю ­ чает задачную и реш аю щ ую системы.

В каж дой ф изической задаче описы вается какой —нибудь ф и з и ­ ческий объект, явление или процесс. Следует иметь в виду, что при этом рассм атриваю тся лиш ь определенная сторона или момент о б ъ ­ екта, явления, процесса, то есть рассм атриваем ы е явление или процесс всегда идеализированы. Рассм атриваемы е сторона или момент явления, процесса есть предметная область (предмет) задачи, задаваемая путем указания названий объектов этой области, их количественны х и качественны х характеристик.

Ф ормулировка задачи состоит из вы сказы ваний, каж дое из которы х является элементарны м условием задачи. Характеристики объектов задачи могут быть данными (известными) и неизвестными.

П оследние в свою очередь делятся на промеж уточные (вспо­ могательные) неопределенны е и искомые. О пределение искомых составляет цель реш ения задачи, и она указана в требовании (вон — росе) задачи.

П риведем прим ер анализа структуры учебной задачи.

Задача 25. П орож ний грузовой автомобиль массой 4 т начал д виж ени е с ускорением 0,3 м / с 2.

К акова масса груза, помещ енного в кузов автомобиля, если груж ены й автомобиль при той ж е силе тяги д виж ется с ускорением 0,2 м / с 2 ? Д виж ение считать р авн о ­ ускоренны м. Силой трения пренебречь.

Э лементарны е условия задачи следующие:

а) грузовик массой 4 т начал д виж ение с ускорением 0,3 м /с 2.

О бъектом данного условия является порож ний автомобиль, его количественны е характеристики: масса 4000 кг, ускорение 0,3 м /с 2, начальная скорость 0 м /с (это значение задано в условии задачи в неявном виде: "автомобиль начал движение");

б) груж ены й автомобиль движ ется с ускорением 0,2 м /с 2. О б ъ ­ ектом э т о т условия является гружены й автомобиль, его коли чесгвенная характеристика: ускорение 0, 2 м / с 2. Вторым объектом данного условия является груз, его х ар актеристика — масса явля ется искомой величиной;

в) автомобиль движ ется равноускоренно;

г) на автомобиль не действует сила трения.

О бъекты задачи связаны между собой следую щ ими о тн о ш ен и я ­ ми:

а) сила тяги двигателя одинакова в обоих случаях (для п о р о ж ­ него и груж еного автомобиля); сила тяги является вспом огатель­ ной неизвестной величиной;

б) масса второго объекта (груженого автомобиля) равна с у м ­ ме масс первого (порожнего автомобиля) и третьего (груза) о б ъ е к ­ тов.

Требование задачи сводится к определению м ассы груза.

К лассиф икация ф изических задач

К лассиф икацию ф изических задач можно проводить по разным основаниям — компонентам заданной и реш аю щ ей систем (табл. 1).

Кратко остановим ся на задачах с идеальными и реальными объектами.

Известно, что все законы, законом ерности, формулы и с о о т н о ­ шения ф изики установлены не для реальных объектов, а для и д е ­ альных, являю щ ихся идеализированны м и моделями реальных. Эти модели (ф изические понятия) образую тся путем абстрагирования от многих конкретны х особенностей реальных объектов и вы д ел е­ ния лишь основных свойств, имею щ их наибольш ее значение при теоретическом исследовании данных объектов. Такими моделями являются: материальная точка, абсолю тно твердое тело, м атем а­ тический маятник, идеальный газ, изопроцесс, гарм онические к о ­ лебания и другие. Следует иметь в виду, что прим енять законы и формулы ф изики непосредственно к реальным объектам нельзя и при реш ении конкретно —практических задач надо строить их идеальные модели путем замены реальных объектов на идеальные.

Подавляю щее больш инство задач, им ею щ ихся в различных с б о р ­ никах, являю тся беспоисковы ми (определенными). В них заданы все условия, необходимые и достаточные для реш ения. О собую ц е н ­ ность лди ф орм ирования различных познавательных умений и у м ­ ственного развития учащихся имею т недоо пределе иные и пере Классификация учебных физических задач определен ны е задачи. В недоопределенны х задачах заданы не все необходим ы е для реш ен ия условия. Ріедостаю щ ие условия учащ иеся могут найти из справочников, в результате наблюдений, проведения опы тов и т. д.

В переопределенны х задачах заданы лиш ние условия.

М ожно отметить, что при этом возм ож ны два случая:

а) лиш ние условия являю тся следствиями основных условий.

Т акие задачи им ею т определенны е реш ения;

б) лиш ние условия противоречат основным условиям. Такие з а ­ дачи являю тся противоречивы м и и не имею т реш ений.

1.4. С ущ ность и структура процесса реш ения учебны х ф изических задач П од деятельностью по реш ению задачи будем понимать всю деятельность от принятия обучаемым задачи (чтения ее текста) до полного завер ш ен и я реш ения задачи и обсуж дения полученного реш ения. Для вы явления структуры деятельности по реш ению учебны х ф и зи ч ески х задач рассм отрим прим ер реш ения небольшой количественной задачи.

Задача 26. С каким ускорен ием двигался автомобиль, скорость которого возросла от 36 до 72 к м /ч на пути в 1 км?

Задача в такой ф орм улировке не м ож ет быть реш ена, ее предмет не определен, так как неясен характер движ ения автомобиля. М о ж ­ но сделать м нож ество разны х предполож ений, но требование о п р е ­ делить у ско р ен и е указы вает на целесообразность предположить, что автомобиль двигался с постоянны м ускорением, то есть р авн о ­ ускоренно. Считая, что автомобиль в данной ситуации можно рассм атривать как м атериальную точку, получаем следующую и д е ­ альную модель реш аем ой задачи: "С корость материальной точки, двигавш ейся равноускоренно, возросла от 36 до 72 км /ч на расстоянии 1 км. О пределить ускорен ие точки".

Затем проводим логический анализ задачи (см. задачу 25), в проц ессе которого вы членяем элем ентарны е условия и требования задачи, объекты задачи и их характеристики.

В результате такого анализа м ож но перекодировать содерж ание задачи и представить его в виде следую щ ей схем атической модели:

равноускоренное движ ение с[ S = 1 км = 1000 м V ~ 36 км /ч = 10 м /с О, = 72 км /ч = 20 м /с О — о X О о -?

Теперь можно перейти к построению математической модели задачи. Для этого необходимо выявить те законы, законом ерности, формулы, которы е связываю т данные задачи и искомую величину.

Такими формулами д \я данной задачи являю тся следую щие:

или в проекциях на ось ОХ:

,х=^ох+М и S x = ох + Записанная система уравнений и является м атематической м о ­ делью рассматриваемой задачи.

Дальнейш ий ход реш ения очевиден: необходимо реш ить п олу­ ченную систему уравнений относительно искомой величины, в ы ­ полнить проверку единицы измерения искомой величины по полу­ ченной формуле и определить численное значение искомой в ел и ­ чины.

Из приведенного примера можно сделать следую щ ие выводы:

а) реш ить учебную ф изическую задачу — это значит найти такие положения ф изической теории, применяя которы е к условиям задачи или к промежуточным результатам, мы удовлетворяем требования задачи (получаем ответ задачи);

б) процесс реш ения учебной ф изической задачи состоит из трех частей: аналитической, реш аю щ ей и учебно —познавательной (и с ­ следовательской).

Аналитическая часть содерж ит следующие этапы:

построение (мысленное) идеальной ф изической модели задачи.

1) Этот этап содерж ит установление тех идеальных условий, при к о ­ торых рассматриваемое в задаче явление (или процесс) может быть подведено под ф изическую теорию, а такж е замену реальных о б ъ ­ ектов идеальными (физическими понятиями);

2 ) логический анализ задачи: вы членение из текста задачи всех элем ентарны х условий и требований, выявление объектов каждого условия, их характеристик, связей и отнош ений;

3 ) построение знаково —сим волической (вспомогательной) модели задачи в ф орм е краткой записи условий и требования задачи, ч е р ­ теж а, граф ика, рисунка, векторной диаграммы и т. д.

Реш аю щ ая часть вклю чает следую щ ие этапы:

4 ) поиск способа реш ения задачи, нахож дение тех положений ф и зи ч еско й теории, на основе которы х м ож ет быть реш ена данная задача;

5) построение м атем атической модели задачи;

6 ) осущ ествление способа реш ения задачи. Если построена м а ­ тем атическая модель, то — м атем атическое реш ение задачи;

7) ф и зи ч еская интерпретация полученного результата и оценка его реальности (содерж ательная и по размерности);

8 ) форму,'ировка ответа задачи.

Учебно —познавательная часть процесса реш ения задачи вкл ю ­ чает: исследование условий, при которых данная задача имеет р е ­ ш ение, нахож дение иных реш ений при различных допущ ениях, в ы ­ явление других способов реш ения, определение наиболее р ац и ­ онального способа реш ения и т. д.

О чень важ но после реш ения наиболее значимых задач о б су ­ дить с учащ имися, что нового они узнали в результате решения задачи, какие умения и навы ки приобрели, какие приемы и м ето­ ды, использованны е при реш ении задачи, полезно запомнить и т. д.

П олезно такж е перед началом реш ения серии задач указать учащ имся цель реш ения этих задач, чему они должны научиться в проц ессе реш ения этих задач.

К онечно, не все перечисленны е этапы являются обязательными при реш ении каж дой учебной ф изической задачи. Количество э т а ­ пов или полнота их реализации зависят от характера задачи, ц е ­ ли ее реш ения, от того, насколько способ ее реш ения знаком учащ имся. При реш ении задач перечисленны е этапы не всегда выполняю тся в указанном порядке: иногда их последовательность наруш ается, некоторы е из них могут осущ ествляться од новрем ен­ но, соединяясь в один общ ий этап.

2. СРЕДСТВА ФОРМИРОВАНИЯ УМЕНИЯ

РЕШАТЬ Ф И ЗИ ЧЕСКИ Е ЗАДАЧИ

2.1. Формы описания деятельности учащ ихся по реш ению задач

Для ф орм ирования у учащ ихся ум ения реш ать задачи н ео б х о ­ димо организовать их самостоятельную познавательную деятель — ность. При этом учащ иеся должны осознать сущ ность и структуру деятельности по реш ению задач. В этом случае ученик см ож ет сам контролировать выполнение отдельных действий и операций, в х о ­ дящих в структуру деятельности.

При реш ении задач приходится использовать различны е а л го ­ ритмы и эвристические правила (схемы). Под алгоритмом мы п о ­ нимаем пош аговую программу, прим еняя которую к заданным у с ­ ловиям задачи определенного вида, мож но всегда получить реш ение задачи.

Очень часто алгоритм в ф изике ф орм улируется в ф орм е с л о ­ весного правила или формулы. Для пользования таким "свернутым" алгоритмом его надо развернуть в пош аговую программу (явно или в уме). Например, формула S=Vxt является свернуты м алгоритмом.

П ошаговая программа, соответствую щ ая этому алгоритму, исп оль­ зуется для определения пути, пройденного телом при равномерном движении. Запиш ем ее.

1. Определить скорость тела V.

2. Определить время движ ения тела 4.

3. П ерем нож ить значения V и t. Полученное произведение и я в ­ ляется пройденным расстоянием S.

Конечно, в рассмотренном прим ере разверты вание формулы в пошаговую программу настолько просто, что его м ож но выполнить в уме, но в более сложных случаях необходимо показать учащимся, каким образом "свернутый" алгоритм следует разворачивать в п о ­ шаговую программу.

Под эвристическим правилом будем понимать такое правило (указание, рекомендацию), которое помогает в поиске способа р е ш е ­ ния нестандартных задач, т. е. таких задач, для реш ения которых в ф изике нет соответствующ его алгоритма. Для реш ения задач неко торых видов известна система эвристических правил (эвристик), о б ­ разующ их эвристическую схему реш ения этих задач.

Если прим енение алгоритма для реш ения задачи определенного вида гарантирует получение верного реш ения, то применение э в ­ ристик и эвристических схем такой гарантии не дает, однако п о ­ могает в поиске способа реш ения задачи.

2.2. Структура деятельности по реш ению учебных ф изических задач П роведенны й ранее анализ процесса реш ения задачи позволяет выделить действия, общ ие для реш ения больш инства учебных ф и з и ­ ческих задач.

Реш ение задачи начинается с ознаком ления с ней. Цель д ан н о ­ го действия — построение зн а к о в о —символической модели задачи.

Следую щим действием является составление плана реш ения задачи.

Цель этого действия — определение искомого задачи (тех пол ож е­ ний теории, на основе которы х м ож ет быть реш ена задача). Только выполнив это действие, можно приступать к следующему — о с у ­ щ ествлению реш ения задачи. Заверш аю щ им действием является проверка полученного реш ения, цель которого — проверить п р а ­ вильность реш ения задачи, оценить достоверность полученного результата, сф орм улировать ответ задачи.

С опоставление ф ункций действия (направление) и операции (осущ ествление) позволило выделить едины е по ф орм е операции в составе всех действий, входящих в структуру деятельности но реш ению учебных ф изических задач: ориентирование, плани рова­ ние, исполнение и контроль. С труктура деятельности, а такж е содерж ание отдельных операций показаны в табл. 2.

П осредством первого действия происходит восприятие конкретной заданной ситуации. Это восприятие становится началом п р ео б ­ разования задачи. Успех преобразования определяется точностью восприятия задачи. Выделение элементарны х условий, требований и обьектов задачи, характеристик объектов и связей между ними позволяет перекодировать задачу, представить ее в ф орм е идеаль­ ной ф изи ч еско й задачи и построить ее знаково —символическую м о ­ дель.

О перации, выделенные в действии ознакомления с условием з а ­ дачи, входят и в состав остальных действий. При этом содерж ание одноименны х операций в разных действиях различно.

Таблица 2 I

–  –  –

Полученная иерархическая систем а действий и операций с т р у к ­ туры деятельности по реш ению задач позволяет поставить вопрос о выделении главного звена каж дого действия и всей деятельности.

Ф ормирование у учащ ихся умения реш ать задачи долж но п р о и с ­ ходить путем выделения и усвоения главного в данны й момент з в е ­ на. П режде всего учащ иеся долж ны усвоить вы полнение основны х операций, входящ их в главные действия. Затем долж но происходить дальнейш ее ф орм ирование умения реш ать задачи за счет усвоения остальных действий и операций.

Основой умения учащ ихся реш ать задачи по ф и зи к е является знание структуры выполнения деятельности по реш ению задач В приведенной выш е структуре деятельности (табл. 2 ) мож но вы д е­ лить два типа действий и операций: реализую щ ие и управляю щ ие.

К реализую щ им действиям относятся: ознаком ление с задачей и осущ ествление реш ения задачи, к управляю щ им — планирование реш ения задачи и проверка полученного результата. Что касается операций, то к реализую щ им относятся: ориен ти рован ие и и с ­ полнение, а к управляющ им — планирование и контроль.

Процесс ф орм ирования у учащ ихся ум ения реш ать учебные ф изические задачи необходимо начинать с усвоения реализую щ их действий через усвоение со д ер ж ан и я • реализую щ их операций (н а ­ зовем их основными). Раскры тие реализую щ их действий через основные операции позволяет выделить содерж ательную сторону действий. Уяснение основного содерж ания действий позволяет поставить проблему оценки необходимости выполнения того или иного действия и проверки результатов выполнения действий.

П оэтому в реализую щ ие действия вклю чаю тся управляющ ие операции. Затем выделяются как самостоятельные управляющ ие действия, которы е вклю чаю тся в деятельность основными о п е ­ рациями. Только после усвоения учащ имися выполнения уп рав­ ляющих действий реализую щ им и операциям и ставится задача у с ­ воения ими всех операций деятельности по реш ению задач. Учеб­ ная деятельность, как и любой другой вид человеческой деятельнос­ ти. обязательно вклю чает средства управления ею, что и отраж ается наличием управляю щ их действий и операций в структуре д е я ­ тельности по реш ению ф изических задач.

2.4 О бщ ие методы реш ения ф изических задач

О писанная выш е структура деятельности м ож ет быть исполь­ зована при реш ении больш инства учебных ф изических задач, о д ­ нако при реш ении некоторы х сложных или нестандартных задач ее непосредственное прим енение затруднено. При реш ении таких задач м ож но использовать эвристические правила (эвристики).

\ Іаиболее общ ие и часто используемы е эвристики основаны на следую щ их методах реш ения нестандартны х задач: расчленении задачи на стандартны е или более простые задачи; сведении данной задачи к другой, ей эквивалентной, но более простой или более знакомой; введении вспомогательных элементов в условие задачи.

Расчленение задачи на ст андарт ны е или более прост ы е з а ­ дачи (подзадачи) м ож ет быть осущ ествлено разбиением на части предмета, условия или требований задачи.

Н апример, при реш ении задач на движ ение тела, брош енного под углом к горизонту, предмет задачи — движ ени е тела по параболи­ ческой тр аекто р и и — разбивается на два простых прямолинейных движ ения: равном ерное в горизонтальном направлении и равноп е­ рем енное — в вертикальном.

Задача 27. В герм етически закрытом сосуде с водой плавает кусок льда массой 100 г, в который вм орож ена дробинка массой 5 г.

Какое количество теплоты нуж но затратить, чтобы дробинка начала тонуть?

Т ем пература воды 0 °С, удельная теплота плавления льда 330 кД ж /кг, плотность льда 900 к г /м 3, а плотность свинца 11300 к г /м 3.

Условие этой задачи можно разбить на две части: плавление льда за счет подведенного тепла и погруж ение оставш ейся части льда с вмерзш ейся в него дробинкой.

Второе условие позволяет реш ить стандартную задачу на условие плавания тел (на тело действует сила тяж ести и сила Архимеда) В данном случае тело состоит из дробинки и части льда, которую дробинка будет увлекать на дно.

Первое условие позволяет реш ить простую задачу на расчет ко — личества теплоты, необходимого для таяния льда массой т, —т 2, где т, = 1 0 0 г, а т 2 — масса льда, увлекаемого дробинкой при погружении.

Задача 28. Закры ты й сосуд заполнен водой, температура которой 27 °С.

Чему стало бы равно давление внутри сосуда, если бы в з а и ­ модействие между молекулами воды внезапно исчезло?

Требование этой задачи можно разбить на два: что произош ло бы с водой, если бы исчезло взаимодействие между ее молекулами?

Определить давление внутри сосуда в этом случае.

Ответ на первое требование задачи (вода переш ла бы в г а зо ­ образное состояние) позволяет выполнить второе требование — решить простую задачу на расчет давления газа с помощью у р а в ­ нения М енделеева — Клапейрона.

С ведени е задачи к более прост ой или знаком ой за д ач е мож ет быть осущ ествлено путем преобразования условия, замены н е и з ­ вестных, замены объекта другим (кодирования).

Задача 29. Даны амперметр, вольтметр, источник питания, р е ­ зистор и соединительные провода.

Как изм ерить сопротивление резистора с наибольш ей точностью ?

Начертим схему электрической цепи (рис. 3). Анализ схемы п о к а ­ зывает, что определение сопротивления на основании закона Ома будет неточным, так как вольтметр изм еряет напряж ение не на резисторе U R, а суммарное напряж ение на резисторе и амперметре и = и в + и л.

Для определения напряж ения на резисторе? U B можно и сп оль­ зовать формулу и „ = и - и д.

полученную из предыдущ ей, причем нап ряж ение на амперметре и* = I x R v Таким образом, возни кает вопрос, как определить сопротивление ам перм етра?, Очевидно, что условие задачи 29 м ожно преобразовать следующим образом: даны ам перм етр и резистор с неизвестны ми соп роти в­ лениями, вольтметр, источник питания и соединительные провода.

Как изм ери ть сопротивление ам перм етра и, зная его, наиболее точно определить сопротивление резистора? Р еш ение данной эк сп ер и ­ ментальной задачи следую щ ее: преж де всего необходимо с помощью цепи, схем а которой показана на рис. 4, определить сопротивление ам перм етра, а затем, используя цепь, схема которой была показана на рис. 3, определить сопротивление резистора.

Рис. 3 Рис. 4

Задача 30. Лампочку карманного ф онаря, рассчитанную на н а ­ пряж ен ие 3,5 В и силу тока 0,28 А, соединили последовательно с лампочкой мощ ностью 110 В, рассчитанной на напряж ение 220 В.

После вклю чения цепи лампочка карманного ф онаря перегорела.

Почему это произош ло?

Эту задачу мож но решить, зам ен и в на простую задачу за счет зам ены н еи звест н ы х. Т ребование задачи можно сформулировать следую щ им образом: на какую мощ ность рассчитана лампочка к а р ­ манного ф онаря? К акая мощ ность вы деляется на ней в данном случае? П ерегорит ли при такой мощ ности лампочка?

Т ребование задачи можно вы разить и иначе: ток какой силы п о ­ течет по лам почке карм анного ф онаря в данном случае? П ерегорит ли она?

Зам ена объект а задачи другим (кодирование) происходит в процессе реш ения ф изических задач при переходе от реальных ф изических объектов к их моделям (материальной точке, абсолю тно твердому телу, идеальному газу, тонкой линзе и др.), так как, строго говоря, все ф изич еские законы и ф ормулы справедливы для и д е ­ альных объектов, явлений и процессов. К идеальным явлениям и процессам относятся: равном ерное и равноп ерем енн ое движ ения, инерциальная систем а отсчета, изопроцессы в газах и т. д.

В ведени е вспом огат ельны х элем ент ов проводится для с б л и ж е ­ ния данных задачи и искомых величин, расчленения задачи на части, придания задаче определенности. • Задача 31. Определить показание ам перм етра в схеме, показанной на рис. 5, если сопротивление первого резистора 25 Ом, с о п р о ­ тивления остальных резисторов одинаковы и равны 10 Ом, н а п р я ­ ж ение на клеммах источника 4,5 В. Внутренним сопротивлением ис — точника тока и сопротивлением ам перм етра пренебречь. Для сближения данны х задачи и искомой величины необходимо п р е д ­ ставить схему в другом виде (рис. 6 ).

–  –  –

Исходя из анализа структуры деятельности по реш ен ию учебных ф изических задач можно предложить следую щ ую. структуру про — цесса усвоения учащ имися данного вида деятельности.

1. Усвоение основных операций реализую щ их действий.

2. Усвоение реализую щ их действий, т. е. усвоение наряду с с о ­ держ анием реализую щ их операций такж е и содерж ания у п р а в ­ ляющих операций, входящих в реализую щ ие действия.

3 Наряду с полным усвоением реализую щ их действий овладение основными операциями управляю щ их действий.

4. Полное усвоение структуры деятельности по реш ен ию учебных ф изических задач.

5. П рим енение усвоенной структуры деятельности к реш ению з а ­ дач по новым темам и разделам курса ф изики, наполнение ее новым содерж анием за счет овладения неизвестны м и преж де методами и способами реш ения задач.

При рассм отрении выделенной структуры проц есса усвоения учащ имися умения реш ать задачи по ф и зи к е обозначим римским и цифрами действия, а арабскими — операции структуры д ея т ел ь­ ности по реш ению учебных ф изических задач (табл. 2): I — о з н а ­ комление с задачей, II— составление плана реш ен ия задачи, III — осущ ествление реш ения задачи, IV — проверка полученного р е ­ зультата реш ения и его анализ; 1 — ориентирование, 2 — п л а н и ­ рование, 3 — исполнение, 4 — контроль.

По наш ему мнению, можно выделить 9 этапов ф орм ирования у учащихся умения реш ать задачи по ф и зи к е (табл. 3).

При изучении курса ф изики основной школы учащ иеся долж ны пройти следую щ ие этапы:

первы й — усвоение структуры учебной ф и зи ч еской задачи (в ы ­ деление элементарны х условий, объекта и требовани я задачи), усво ­ ение основных операций по восприятию задачи (1—1, 3);

вт орой — реш ение простейш их задач, в которы х в явном виде задана зависимость между требованием и условием задачи (I— 1,3);

со о ТЭ Этапы формирования у учащихся умения решать учебные физические задачи Продолжение табл. 3 т рет ий — усвоение определенны х способов реш ения задач, в ы ­ деление идеального объекта задачи. Реш ение задач, в которых гребо — вания и условия связаны уравнением с одним неизвестны м или н е ­ слож ны м ум озаклю чением (1 —2, III —2);

чет верт ы й — усвоение контроля за выполнением действий "ознаком ление с условием задачи" и "осущ ествление реш ения за д а ­ чи" (1 -4, III- 4 )..

Таким образом, при изучении курса ф изики в 7, 8 —х классах учащ иеся долж ны в основном овладеть реализую щ ими действиями структуры деятельности по реш ен ию учебных ф изических задач.

При изучении курса ф и зи ки 9 класса учащ иеся должны пройти следую щ ие этапы:

пятый — усвоение проверки полученного результата реш ения задачи (IV — 1, 3);

ш ест ой — усвоение реализую щ их операций действия "состав­ ление плана реш ен ия задачи" (II — 1, 3);

седьм ой — усвоение операции "планирование" управляющ их действий (II —2, IV —2);

восьм ой — усвоение контрольны х операций управляю щ их д е й ­ ствий и полной структуры деятельности по реш ению учебных ф и ­ зических задач (II —4, IV —4).

При изучении курса ф и зи к и в старш их классах средней школы учащ иеся долж ны пройти заклю чительный, девят ый этап — п р и ­ м енение усвоенной структуры деятельности к реш ению задач по новым темам и разделам, сверты вание сф орм ированной у учащихся структуры деятельности в более обобщ енную форму

3.2. С о д ерж ание основны х этапов ф орм ирования у учащихся умения реш ать задачи по ф изике Ш ироко распространенной ош ибкой в обучении учащ ихся р е ш е ­ нию задач по ф и зи к е является предлож ение учащ имся па первом этапе сразу реш и ть задачу. После чтения условия задачи учитель задает вопрос:" Кто реш ил задачу?" или "Как реш ить эту задачу?" При этом учащ иеся не знаком ятся со структурой учебной ф изической задачи, а без знания этой структуры невозм ож но овладение о б о б ­ щ енной структурой деятельности по реш ению данного вида задач.

Для ф орм ирования у учащ ихся умения реш ать задачи по ф и зи к е необходимо не просто реш ать задачи, а использовать систем у с п е ­ циальных заданий, направленных на усвоение учащ им ися операций и действий структуры деятельности по реш ению задач.

На первом этапе такие задания могут им еть следую щ ий вид:

приводится ф орм улировка (текст) неслож ной задачи и предлагается выполнить сначала частично, а затем полностью операции 1 — 1 и I —3.

Сама задача при этом не реш ается. Это очень важ но, так как в п с и ­ хологии установлено, что эф ф ективно запом инаю тся и усваиваю тся лишь те операции и действия, которы е являю тся непосредственной целью учебной деятельности субъекта. Если учащ имся предлагается построить знаково —символическую модель задачи (например, з а п и ­ сать данные задачи в краткой форме), то целью их деятельности будет построение этой модели, а не реш ение задачи. П оэтом у они хорош о усвоят операцию построения этой модели. Если ж е они начнут р е ­ шать саму задачу, то тем самым их целью станет уж е нахож дение способа реш ения и получение ответа задачи, а построение в с п о ­ могательной модели не будет восприним аться как цель, а поэтому и не будет твердо усвоено.

Задача 34. Велосипедист, двигаясь равномерно, проехал 9 км за 30 мин.

Определить скорость велосипедиста.

Задание: выделить элементарное условие, об ъект задачи и его характеристики, требование задачи. Выполнить краткую запись з а ­ дачи.

(Элементарное условие задачи — велосипедист движ ется р а в н о ­ мерно; объект задачи — велосипедист, его характеристики — время движ ения и пройденный им путь; требовани е задачи — определить скорость велосипедиста).

Краткая запись задачи м ож ет иметь следую щую форму:

равномерное прямолинейное движ ение велосипедиста 1 = 30 м и н = 1800 с S = 9 км = 9000 м

–  –  –

Задача 35. Тело сохраняет свой объем, но легко изм еняет форму.

В каком состоянии находится вещество, из которого состоит это тело?

Задание: выделить элем ентарны е условия, объект и требование задачи. Выполнить краткую запись задачи.

(Э лем ентарны е условия задачи — объем тела не изменяется, ф орм а тела изм еняется; объект задачи — вещ ество, из которого состоит тело, требовани е задачи — определить агрегатное состояние вещ ества ).

К раткая запись задачи:

–  –  –

Каково агрегатное состояние вещ ества —?

Цель первого этапа — усвоение учащ имися умения ан ал и зи ­ ровать структуру учебной ф изической задачи. В процессе изучения ф и зи к и учащ им ся будут встречаться гораздо более слож ны е задачи, поэтому для усвоения операций 1 — 1 и I —3 необходимо периодически возвращ аться к ним на последующ их этапах ф орм ирования умения реш ать задачи.

Второй этап обучения учащ ихся реш ению задач является н а ­ чальным звеном в слож ном процессе обучения учащ ихся умению реш ать задачи. В основе усвоения учащ имися умения реш ать задачи леж ит овладение ими конкретны м и способами и методами реш ения задач с ш ироким привлечением знаний математики.

Второй этап обучения учащ ихся реш ению задач вклю чает полу­ чение ответа на требовани е задачи. Это та операция, г.оторую у ч а ­ щ иеся пы таю тся сразу осущ ествить. Выполнение данной операции возм ож но только на основе выполнения операции ориентирования в воспринятой задаче. На данном этапе обучения учащ ихся умению реш ать ф и зи ч ески е задачи обязательно выполняю тся основные о п е ­ рации дей стви я ознаком ления с задачей.

Па этом этапе предлагаю тся для реш ения задачи, в которых о б ­ наруж ивается непосредственная связь между требованием и у сл о ­ вием; теорети ч ески й материал (сущность явления, закон, ф и з и ­ ческая величина) только что изучен, находится в оперативной п ам я ­ ти, что позволяет сразу выделить формулу, а связь между тр еб о в а­ нием и условием задачи задана непосредственно.

С одерж ание деятельности по реш ению задач опи сы вается в до — полнение к вы ш еназванны м операциям и III— 1 и III —3.

Н апример, при реш ении рассм отренной ранее задачи 34 у ч а ­ щ иеся осознаю т необходимость реализации алгебраического способа реш ения задачи, сущ ность которого усвоена ими при изучении курса математики. Уравнением, связы ваю щ им элем ентарны е условия и требование задачи, является уравнение равном ерного п рям ол и ­ нейного движ ения Это уравнение и является реш ением задачи в общ ем виде. Затем необходимо подстазить численны е значения пути и врем ени и в ы ­ числить скорость велосипедиста.

На рассм атриваем ом этапе учащ им ся предъявляю тся простейш ие задачи, реш ение которы х требует лиш ь ум ения восприним ать содер — ж ание задачи (операции 1 —1, I —3) и осущ ествлять реш ен ие задачи (операции III—1, III —3), причем ф орм а предъявления задач долж на подсказывать учащ имся способ их реш ения, а систем а уравнений или суждений, необходимых для их реш ения, не долж на быть громоздкой.

Приведем несколько прим еров таких задач.

Задача 36. М ож ет ли водитель автомобиля использовать инерцию для экономии горючего?

Э лементарное условие задачи — автомобиль движ ется по и н е р ­ ций. О бъект задачи — автомобиль. Т ребование задачи — вы яснить возмож ность эконом ии горючего при д виж ени и по инерции.

Заданную ситуацию можно закодировать следую щ им образом.

автомобиль движ ется по инерции экономия горю чего—?

(Выполнены операции 1—1, I —3).

Для реш ения задачи необхддимо вы полнить анализ ф изического явления — движ ения по инерции (операция III— 1).

И сполнение р е ­ шения задачи (операция III —3) состоит из ум озаклю чения: д в и ­ ж ение по инерции — это движ ение б ез воздействия внеш них сил:

автомобиль м ож ет двигаться по инерции с вы клю ченным двигателем, следовательно, движ ени е автомобиля по инерции мож но использовать для экономии горючего.

З ад а ч а 37. По граф и ку движ ения пеш ехода (рис.

10) определить время дви ж ен и я пеш ехода, его скорость и пройденное им р а с ­ стояние.

–  –  –

Задачу необходимо реш ать алгебраическим способом (операция III—1).

Вес воды P=mg, где д = 9,8 Н /кг. Для определения массы воды используем формулу плотности m ~ Р‘ а плотность воды определим из таблицы (/р = 1 0 0 0 к г /м 3).

Решим задачу в общ ем виде:

P=mg=/?Vg.

Выполним вычисления: Р = 1000(кг/м 3 )х2(5 м 3 х9,8(Н /кг) = 24500 Н.

(Выполнена операция III —3).

Третий этап процесса обучения учащ ихся ум ению реш ать задачи по ф изике расш иряет возм ож ности второго этапа. Если основной задачей второго этапа является усвоение учащ им ися операций гіо восприятию задачи и обнаруж ению зависим ости м еж ду требованием и условием задачи, то на третьем этапе учащ иеся осознаю т необ­ ходимость разверты вания процесса реш ения задачи, когда непо — средственно связь между требованием и условием задачи им не удается увидеть. При этом учащ иеся записы ваю т основное у р а в ­ нение, анализ которого позволяет составить систем у уравнений, связываю щ ую условие и требование задачи. Таким образом, на этом этапе уровень слож ности операции III —3 долж ен прим ерно с о о т ­ ветствовать задаче 38.

П ервые три этапа ставят основной целью обучение учащ ихся восприятию задачи, при этом задачи вы ступаю т средством ф о р ­ мирования сущ ности знаний. О пределение теоретически х полож ений или закона, необходимых для реш ения, не вы зы вает у учащ ихся затруднений, так как они только что были рассм отрены.

На этих этапах необходим о сообщ ить учащ имся, что учебные задачи по ф и зи к е являю тся идеальными моделями реальных ситуаций, так как в этих задачах не учиты ваю тся многие несущ ественны е сторс іы явлений и х арактеристики объектов. Н апример, в задачах 25, 26, 36 не указаны : модель, цвет, пробег, год выпуска, колесная ф орм ула и многие другие характеристики автомобилей, а в задачах 34 и 37 не у казан ы рост, вес и другие характеристики людей. С л е ­ довательно, о бъ ектам и учебны х ф изич еских задач являю тся и д е ­ альны е объекты. У чащ иеся долж ны постепенно осваивать операцию идеализаци и содерж ания задачи (операция 1—2). Д анная операция будет постоянно соверш енствоваться, так как в процессе изучения ф и зи к и учащ иеся знаком ятся с различны ми идеальными объектами (м атериальной точкой, идеальным газом, абсолю тно твердым телом, м атем атическим м аятником, инерциальной систем ой отсчета, за м ­ кнутой си стем ой тел и др.), а такж е идеальными явлениями и п р о ­ цессам и (равном ерны м движ ением, равноперем енны м движением, гарм оническим и колебаниям и, изопроцессам и газов, адиабатным процессом и т. д.).

К кон цу третьего этапа у учащ ихся долж ны быть сф ормированы по три оп ер ац и и (кроме операци и контроля) реализую щ их действий структуры деятельности по реш ению учебны х ф изических задач. Это п озволяет им реш ать задачи по только что изученным темам. Д анные оп ераци и могут быть сведены в систему, которая долж на стать предметом целенаправленного усвоения учащ имися. (На п осл е­ дую щ их этапах обучения эта систем а будет дополняться, р азв о р а­ чиваться и кон кретизи роваться).

Н а рассм атриваем ом этапе деятельность по реш ению учебных ф и зи ч ески х задач вклю чает следую щ ие операции:

1. Ч тение задачи. Выделение элем ентарны х условий и требования задачи. У становление объ екта задачи.

2. И деали зация содерж ания задачи.

3. К раткая запи сь задачи, вы полнение рисунка.

4. О пределен ие способа реш ения задачи.

5. Вы явление основного уравнения (суждения), описываю щ его объект задачи.

6. О пределен ие соотнош ения м еж ду требованием и условием з а ­ дачи и вы числение иском ой величины (выделение содерж ания нового знания).

П риведенная систем а операций позволяет учащ имся перейти от восприятия содерж ания задачи, характерного для первого этапа ф ор — мирования ум ения реш ать задачи, к осущ ествлению реш ен ия задач.

Приведем прим ер реш ения задачи на третьем этапе.

Задача 39. К акую работу соверш ает подъемны й кран при подъеме бетонной плиты массой 4 т на вы соту 20 м?

1. Элементарное условие задачи — кран поднимает бетонную плиту на вы соту 20 м. Т ребование задачи — определить работу, с о ­ верш енную подъемным краном. О бъект задачй — плита, ее х а р а к ­ теристика — масса 4 т.

2. И деализация условия задачи — плиту рассм атриваем как м а т е ­ риальную точку; движ ение плиты считаем равном ерны м (задача я в ­ ляется недоопределенной и без этого предполож ения она, строго г о ­ воря, не им еет реш ения).

3. Краткая запись задачи; вы полнение рисунка:

% материальная точка V = const т = 4 т = 4000 кг h = 20 м ° А —?

mg

4. О пределение способа реш ения задачи — задача реш ается а л г е ­ браическим способом.

5. Выявление основного уравнения, описы ваю щ его объект з а д а ­ чи, — основным уравнением является формула м еханической работы A=FXS.

6. О пределение соотнош ения м еж ду требованием и условием з а ­ дачи и вы числение искомой величины — работу соверш ает сила на — тяж ения троса, которая по модулю равна силе тяж ести; по н а п р ав ­ лению сила натяж ения троса совпадает с направлением перемещ ения, причем в данном случае S=h.

Таким образом, требование и условие задачи связаны со о тн о ш е­ нием A=mgh.

А = 4000 кг х 9.8(Н /кг) х 20 м = 784000 Дж.

З аверш ен и е изучения курса ф и зи к и восьмого класса совпадает с заверш ен ием чет верт ого этапа ф орм ирования у учащ ихся умения реш ать задачи по ф изике. Н а этом этапе вводятся операции контроля за действиям и "О знаком ление с задачей" и "О сущ ествление р е ш е ­ ния задачи". Таким образом, заверш ается усвоение учащ имися о б о ­ их реализую щ их действий. П ервая из указанны х выш е операций контроля осущ ествляется путем воспроизведения задачи по ее к р а т ­ кой записи. П ри этом необходимо уделять внимание пониманию элем ентарны х условий, объекта и требования задачи.

Н аиболее часто используемы м способом контроля за действием "О сущ ествление реш ения задачи" является вы полнение операции проверки правильности реш ения задачи в общ ем виде путем вы пол­ нения операци и с единицам и изм ерения ф изических величин. В дальнейш ем усвоение этой операции явится основой для усвоения прим енения теории разм ерностей как самостоятельного способа р е ­ ш ения некоторого класса задач. Если преж де при реш ении задач значения ф и зи ч ески х величин подставлялись в формулы вместе с наим енованиям и их единиц изм ерения, то теперь идет процесс р а з ­ деления этой операции на две самостоятельны е.

При этом учащ иеся усваиваю т реальность вы полнения м атем атических действий как с циф рам и и буквенной символикой, так и с наименованиями единиц изм ерени я ф изи ч ески х величин. После разделения операции в ы ч и ­ сления на две части операция с наименованиям и единиц изм ерения ф изи ч ески х величин вы полняется ранее операции с численными значениям и ф и зических величин и вы полняет ф ункцию проверки (контроля) правильности соотнош ения между требуемым и условиями задачи, полученного при реш ении задачи в общем виде.

На данном, четвертом этапе деятельность по реш ению учебных ф изи ч ески х задач м ож ет содерж ать следую щ ие операции:

1. Ч тение задачи. Выделение элементарны х условий и требования задачи. У становление объекта и предмета задачи.

2. И деализация содерж ания задачи.

3. К раткая запись задачи, вы полнение рисунка.

4. В оспроизведение содерж ания задачи по ее краткой записи.

5. О пределение способа реш ения задачи.

6. Выявление основного уравнения (суждения), описываю щ его объект задачи.

7. О пределение соотнош ения между требованием и условием з а ­ дачи.

8. П роверка правильности полученного соотнош ения между т р е ­ бованием и условием задачи.

9. Выполнение вычислений.

Рассмотрим прим ер реш ения задачи на четвертом этапе ф о р м и ­ рования у учащ ихся умения реш ать задачи по ф изике.

Задача 40. За какое время закипит 0,5 л воды, взятой при т е м ­ пературе 20 °С, если в качестве нагревательного прибора исп оль­ зуется кипятильник с сопротивлением нагревательного элемента 150 Ом, работаю щ ий при напряж ении 220 В?

1. Э лементарны е условия задачи: необходимо нагреть воду до кипения; для нагревания воды используется кипятильник. О бъекты задачи: вода (ее характеристики — тем пература 20 и 100 °С, объем 0,5 л), кипятильник (его характеристики — сопротивление обмотки 150 Ом и рабочее напряж ение 220 В). Т ребование задачи — о п р е ­ делить время, за которое закипит вода.

2. И деализация содерж ания задачи — будем считать, что вся энергия, выделяемая нагревателем, расходуется на нагревание воды.

3. Краткая запись задачи:

вода, электрический кипятильник = 0,5 л = 0,5 х 10 3 м 3 t = 2 0 °С t = 100 °С R = 150 Ом U = 220 В

–  –  –

Пятый этап ф орм ирования у учащ ихся умения реш ать задачи по ф и зи к е вклю чает усвоение такого важ ного действия, как проверка результата реш ения. Д анное действие не просто ещ е один элемент деятельности по реш ению задач, он им еет принципиальное значение для овладения лю бой деятельностью, для ф орм ирования у учащихся особого отнош ения к вы полняемой деятельности: обязательного к о н ­ троля, перерастаю щ его в самоконтроль, оцениваю щ ий качество вы — полняемой деятельности. О перация контроля входит во все дей ствия структуры деятельности по реш ению задач.

В процессе реш ения задач в курсе ф и зи к и 9 —го класса у с в а и ­ ваются основны е операции действия по проверке полученного ре ­ зультата: уточнение содерж ания полученного результата, его ф и зи ­ ческая интерпретация и осущ ествление проверки результата на до стоверность, реальность, соответствие.

Сущ ность первой из рассм атриваем ы х операций — ф изический анализ полученного результата, в процессе которого углубляются знания учащ ихся. Так, например, при вы полнении данной операции для задачи 39 необходимо выяснить, что полученный результат (ра бота, соверш енная подъемным краном) равен изм ен ен ию потенци ­ альной энергии плиты; если считать, что на поверхности Земли п о ­ тенциальная энергия равна нулю, то число 784000 Д ж соответствует потенциальной энергии этой плиты, поднятой на вы соту 2 0 м.

Сущ ность второй из рассм атриваем ы х операци й заклю чается в сравнении полученного результата с численны м и значениям и х а ­ рактеристик реальны х объектов, процессов, явлений. Так, полученное значение скорости велосипедиста заклю чено в пределах возмож ны х значений скорости велосипеда (как х арактеристики велосипеда). Во многих ф и зических задачах осущ ествляю тся расчеты величин, к о ­ торые являю тся постоянны ми величинам и определенного процесса, свойства вещ ества (плотность вещ ества, удельная теплоемкость, удельная теплота сгорания топлива, удельная теплота плавления, удельная теплота парообразования, удельное электрическое с о п р о ­ тивление, тем пература плавления и др.).

С одерж ание требования задачи определяет методы проверки по лученного результата реш ения. П ри определении значений различных ф изических величин необходимо сравнивать полученны е значения с табличными. При определении парам етров машин, м еханизм ов целе ­ сообразно обратиться к учебной и справочной литературе. Полу ченные характеристики различных приборов ц елесообразн о сравни вать с их паспортны ми данными.

Н апример, м асса перевозим ого груза не м ож ет бы ть 20 т и более для автомобиля, рассм отренного в задаче 25; у скорен и е автомобили не мож ет равняться 10 м /с (задача 26), так как ускорен и я порядка нескольких g возм ож ны лишь в авиации; скорость пеш ехода леж ит в пределах 4 —5 к м /ч (задача 37); тем пература воды при нагревании не мож ет подняться выш е 100 °С, а льда — выш е 0 °С (при нормальных условиях); сопротивлени е обмотки электродвигателя не м ож ет быть отрицательны м и т. д.

Итак, на пятом этапе к записанны м вы ш е девяти операциям д е я ­ тельности по р еш ен ию учебны х ф изич еских задач добавляю тся две реализую щ ие о пераци и четвертого действия.

10 У точнение содерж ания полученного результата, его ф и з и ­ ческая интерп ретаци я.

11. О сущ ествление проверки полученного результата на досто — верность, реальность, соответствие.

Ш естой этап ф орм ирования у учащ ихся умения реш ать задачи по ф и зи к е хар актер и зу ется тем, что на нем учащ иеся усваиваю т д ей стви е по составлению плана реш ен ия задачи через выполнение реализую щ их операций. С одерж ание операци и ориентирования з а ­ клю чается в первоначальном описании ситуации задачи через в ы я в ­ ление соответствую щ его раздела курса ф изики, конкретной ф и з и ­ ческой теории, закона. Н а основе соотнесения содерж ания задачи и им ею щ ихся знан ий для реш ен ия конкретной задачи выделяется р а ­ циональны й подход к ее реш ению.

Л ю бая деятельность предполагает преобразование предмета д е я ­ тельности. Р еш ен ие учебны х задач обеспечивает получение реш ения заданной ситуации. Для того чтобы преобразовать предмет, его н е ­ обходимо воспринять. В осприятие предм ета задачи осущ ествляется на различны х уровнях: бли ж айш ее восприятие — восприятие со д ер ­ ж ан ия задачи и отдаленное восприятие — актуализация знаний, ч а с ­ тицей которы х является заданная ситуация. Если вторым действием деятельности по реш ен и ю задач является составление плана реш ения задачи, то оно возм ож н о лиш ь при ум ении ученика осущ ествлять деятельность п о - р а з н о м у, когда он м ож ет выполнить несколько в а ­ риантов реш ен и я одной и той ж е задачи.

П ри обучении кон кретном у виду деятельности необходимо п р ед ­ варительно научить учащ ихся различны м способам выполнения д а н ­ ной деятельности, а затем обучать планированию деятельности. С л е­ довательно, при обучении учащ ихся ум ению реш ать задачи по ф и зи к е.

учитель долж ен сначала учить учащ ихся вы полнению конкретны х действий. Это соответствует реш ению неслож ны х задач, задаю щ их непосредственную связь м еж ду требованием и условием задачи и допускаю щ их небольш ое количество преобразований.

На данном этапе идет усвоение учащ им ися одной из со ста в ­ ляющих деятельности по реш ению задач — составления плана ре — т е н и я задач. Выполнение данного действия на этом этапе осущ ес ­ твляется двумя операциями: ориентированием в содерж ан и и воспри ­ нятой задачи и исполнением составления плана определенны м с п о ­ собом.

То есть на данном этапе ф орм ирую тся операции, реализую щ ие действие составления плана реш ения задачи.

К концу ш естого этапа ф орм ируется близкая к заверш ен и ю с т р у ­ ктура деятельности по реш ению учебны х ф и зи ч ески х задач ( табл. 4).

Д анная структура отличается от полностью сф орм и рованной структуры (табл. 2 ) отсутствием управляю щ их о п ераци й в управ — ляюіцих действиях. Эти операции ф орм ирую тся на последующ их этапах.

П окаж ем в развернутом виде реш ен ие задачи на данном этапе.

Зад ача 41. К акова сила т р е ­ ния, действую щ ая на брусок массой 0,5 кг (рис.

1 1 ), с каким ускорением движ утся тела и какова сила натяж ения нити, е с ­ ли высота наклонной плоскости 60 см, ее длина 1 м, масса груза 0,5 кг, а ко эф ф и ц и ен т трения скольж ения 0,25? Рис. 11

Э лементарны е условия задачи:

движ утся два тела, связанны е нитью, перекинутой ч ер ез блок; одно из тел движ ется по наклонной плоскости вы сотой 60 см и длиной 1 м;

коэф ф и ц и ен т трения скольж ения бруска о поверхность наклонной плоскости 0,25.

О бъекты элем ентарны х условий: тело м ассой 0,5 кг, д виж ущ ееся по наклонной плоскости, и тело м ассой 0,5 кг, падаю щ ее вертикально вниз.

Требования задачи: определить силу трения, действую щ ую на первое тело, ускорен ие тел и силу натяж ени я нити.

И деализация условия задачи, тела будем считать м атериальны ми точками, а их д виж ени е — равноускоренны м.

Таблица 4

–  –  –

FH = 0,5 х (9,8 -0,9 8 ) = 4,41 (Н ).

Уточнение содерж ания полученного результата можно сделать следую щ им образом: представим систем у двух тел как одно тело массой т + М. д виж ущ ееся вверх по наклонной плоскости. Па это тело в направлении оси ОХ будут действовать сила трения F ^, со с та в ­ ляю щ ая силы тяж ести бруска m gsinof= m g у, и сила тяж ести груза M g.

У скорение такого тела согласно второму закону Нью тона M g - m g ^ - F TP а = ------------- *-------М+m В данном случае силы натяж ения являю тся внутренними силами, а внутренние силы не могут вы звать появление ускорения системы тел.

П роверка правильности проведенных расчетов в данном случае осущ ествляется нулем оценки величины, сравнени я найденных вели — чин с известны ми величинами. Так, значение силы трения долж но быть меньш е силы тяж ести груза (FTp mg, 0,98 Н 0,5 кгх9,8 м / с 2 );

сила натяж ения при равноускоренном движ ени и тела вниз лакж е должна быть меньш е силы тяж ести (FH Mg, 4,41 Н 0,5 кгх9,8 м / с 2 );

ускорение долж но быть меньше g f так как груз падает несвободно (ад, 0,98 м / с 2 9,8 м / с 2 ).

Полученные формулы, связы ваю щ ие требовани е и условия з а ­ дачи, можно проверить и на соответствие. Для этого рассмотрим предельные случаи. Н апример, если д виж ени е происходит на г о ­ ризонтальной поверхности, то h= 0 и из ф орм улы для вы числения силы трения получим формулу FTP=nmg, которая действительно является ф ормулой силы трения, д ей с тв у ­ ющей на тело, перем ещ аю щ ееся по наклонной плоскости.

Допустим, что а=0, тогда уравнение силы натяж ения прим ет вид F H=Mg.

Действительно, если F H=Mg, то согласно первом у закону Н ью тона тело М будет двигаться равном ерно и прямолинейно. М ож но и сп о л ь­ зован» и другие в а р и а т ы проверки результата на соответствие.

П роверка результата реш ения задачи на достоверность, р е а л ь ­ ность, соответствие позволяет углубить поним ание учащ имися с у щ ­ ности ф изических явлений и законов, является одним из средств борьбы с ф ормализмом знаний, развивает м ы ш ление учащ ихся.

Седьмой этап. На данном этапе происходит усвоение учащ имися операции планирования управляю щ их действий (составление плана реш ения задачи; проверка полученного результата и его анализ). Эти два действия имею т принципиальное значение для поним ания д е я ­ тельности, для выделения особенностей человеческой деятельности и для осущ ествления у п р авл ен и я’процессом ф орм ирования у учащ ихся умения реш ать задачи. Ч ерез планирование и контроль за д ея т ел ь ­ ностью раскры вается сущ ность процесса управления. Следовательно, выделение данных действий в структуре деятельности по реш ен ию задач и в деятельности учителя по ф орм ированию их содерж ания у учащ ихся обеспечит управление деятельностью учащ ихся. У своение умения учащ им ися предполагает овладение ими структурой д еятель­ ности. Д еятельность человека будет сознательной лиш ь в том случае, если он зн ает содерж ание действий и операций структуры д еятель­ ности и ум еет их выполнять. О владение конкретной структурой д е я ­ тельности обесп ечивает сф орм ированность самоуправления деятель­ ностью, вклю чаю щ ей действия составления плана деятельности и проверки полученного результата деятельности.

На седьмом этапе учащ иеся усваиваю т операции планирования управляю щ их действий: вы явление возм ож ны х путей разреш ения требовани я задачи и вы бор метода проверки полученного результата (операции 1 —2 и IV —2 в табл. 3).

Восьмой этап об есп ечивает заверш ен ие процесса усвоения у ч а­ щ имися ум ения реш ать задачи по ф и зи к е за счет осознания операции контроля за управляю щ им и действиями, сущ ность которой о п р ед е­ ляется ум ением оценивать целесообразность того или иного метода реш ения, о бнаруж ивать другие способы реш ения задачи. Данные операции (II —4 и IV —4) наряду с операциями планирования р а с ­ кры ваю т со держ ание управляю щ ей деятельности человека на п р и ­ мере управления (самоуправления) деятельностью по реш ению уч еб ­ ной задачи.

Учащ иеся на данном этапе усваиваю т циклическую структуру деятельности по реш ению учебных ф изических задач (табл. 3).

На девят ом этапе (10—11—е классы) происходит дальнейш ее усвоение со держ ания отдельных операций и структуры деятельности в целом путем обеспечения переноса обобщ енного умения, сф о р м и ­ рованного в процессе реш ения задач по определенным темам, на процесс реш ен ия задач по другим темам и разделам курса физики, на реш ен ие ком плексны х задач, на реш ение задач во время обобщ енного повторения ш кольного курса ф изики.

П роведенное теоретическое исследование структуры процесса ф орм ирования у учащ ихся ум ения реш ать задачи по ф изике и и с ­ пользование метода экспертной оценки для выявления частоты п ояв­ ления различны х совокупностей действий деятельности по реш ению, учебных ф и зи ч ески х задач позволили выделить уровни сф ормиро — ванности у учащ ихся ум ения реш ать учебны е ф изические задачи.

П ервы й уровень соответствует усвоению учащ имися умения реш ать задачи через неполное вы полнение действий ознакомления с задачей и осущ ествление реш ения задачи такими операциями, как ориен ти ро ван и е и исполнение (табл. 5).

Уровни сф орм ированности у учащ ихся умения реш ать учебны е ф изи ч ески е задачи

–  –  –

Второй уровень обеспечивает полное или почти полное в ы п о л ­ нение реализую щ их действий и выполнение основного содерж ания действия проверки полученного результата.

Третий уровень обеспечивает полное усвоение реализую щ их действий и основных операций управляю щ их действий структуры деятельности по реш ению учебных ф изических задач.

Четвертый уровень достигается при усвоении всей структуры деятельности но реш ению учебных ф изических задач.

П роведенны й м орф ологический анализ известны х в методике преподавания ф изики структур деятельности по реш ению задач по казывает, что больш инство авторов (46,7 %) задаю т требовани е к умению реш ать задачи по ф изике, соответствую щ ее первому уровню, 33,3 % — второму уровню и лиш ь 13,3 % — третьем у уровню. Эго является одной из основны х причин несф орм ированности у учащихся ум ения реш ать задачи по ф изике.

3.3. С истем а учебны х заданий по составлению задач

Во многих психологических исследованиях установлено, что с а ­ м остоятельное составление учащ имися ф изических задач даж е в больш ей мере, чем реш ен ие задач, способствует осознанию ими сущ ности, структуры и особенностей ф изических задач, механизмов их реш ения. Конечно, составление учащ имися ф изических задач способствует не только ф орм ированию у них знаний и умений в реш ении задач, но и в осущ ествлении у них многих других учебных ф ункций. Здесь мы рассм отрим значение такого вида учебных зад а­ ний только для обучения учащ ихся реш ению учебных ф изических задач.

П риступая к составлению ф изической задачи, учащ иеся должны знать основани е для ее составления. П оэтом у учебное задание на составление задачи долж но иметь указания, какой долж на быть эта задача, или что она долж на содерж ать, или какими свойствами д о л ­ ж на она обладать, или другие указания (основания) для составления задачи.

Под объем ом основания для составления учебной ф изической за — дачи мы будем понимать число задач, которое можно составить по этому основанию. Н апример, по основанию "Составить задачу но теме "Теплота" можно составить неограниченное м нож ество р а з ­ личных задач, а по основанию "С оставить задачу на определение ускорен ия тела при равноускоренном движ ении" можно составить значительно меньш е задач. П оэтом у первое основание более ш и р о ­ кое, чем второе. Очевидно, что чем больш е объем основания для составления учебной ф изич еской задачи, тем больше свободы для учащ ихся и, следовательно, больш е ф антазии, творчества требуется от них для вы полнения данного задания.

С лож ность задания по составлению учебны х ф изических задач зависит не только от объем а основания, но такж е от характера и особен ностей данного основания.

Д/ того чтобы учащ иеся смогли, используя данное им основание, Я вы полнить задание но составлению ф изических задач, причем в ы ­ полнить его сам остоятельно и сознательно, они должны иметь хоро — ш ие знания о задачах, их сущ ности и особенностях, м еханизмах р е ­ ш ения. В то ж е время сам остоятельное составление учащ имися ф изических задач эф ф ективно способствует усвоению учащ имися теории учебных ф изических задач. Так как знан ие теории задач является важ нейш им условием овладения учащ им ися методами р е ­ ш ения готовых учебных ф изических задач, то, следовательно, с а м о ­ стоятельное составление ими ф изических задач является необ ходи ­ мым и очень важ ны м условием ф орм ирования у учащ ихся умения реш ать учебны е ф изические задачи. Таким образом, изучение теории учебных ф изических задач, реш ение готовых задач и составление задач по ф и зи ке взаим освязанны и взаимообусловленны.

Д еятельность по составлению учебны х ф изических задач до — статочно сложна, она состоит из ряда действий и операций; поэтому, преж де чем предлагать учащ имся самостоятельно составить по д а н ­ ному основанию ф изические задачи, учитель долж ен п роан ал и ­ зировать деятельность по вы полнению данного задания, установить, владеют ли учащ иеся всеми действиями, которы е необходимо в ы ­ полнить при составлении задачи. Если к а к и м и - т о действиям и у ч а ­ щ иеся ещ е не владеют, то необходимо разработать систем у п о д ­ готовительных учебных заданий для ф орм ирования умения вы п ол ­ нять эти действия.

В отличие от реш ения готовых задач, которые, как правило, и м е ­ ют единственны й ответ, задания на составление задач имею т много разнообразны х ответов. Как правило, разны е учащ иеся составляю т различные задачи по одному и том у ж е основанию. П оэтом у н е о б ­ ходимо после выполнения каждого задания на составление ф и зи ч е с ­ кой задачи проводить ф ронтальное обсуж дение составленны х задач При этом надо всячески поощ рять творчество, инициативу, о р и г и ­ нальность, проявленны е при составлении задач, но не наказы вать за неудачи, а лиш ь указы вать на них, для того чтобы учащ иеся п р и ­ обрели необходимый опыт в этой слож ной деятельности.

Особым видом учебных заданий на составление задач являю тся задания по преобразованию готовых задач, например: изм енение числовых данных, дополнение к а к и м и - т о новыми условиями, с о ­ ставление задач, аналогичных данной или обратны х данной, п е ­ реф ормулировка задачи на другой язы к и т. д.

Учебные задания по составлению задач могут использоваться на различных этапах ф орм ирования у учащ ихся ум ения реш ать учеб — ные ф и зи ч ески е задачи и долж ны представлять собой целостную си — стему. П риведем примеры таких учебных заданий.

П ервы й этап. Задания этого этапа направлены на усвоение учащ им ися операци и 1 - 1 обобщ енной структуры деятельности но реш ению учебных ф изич еских задач (табл. 2, 3).

Задание 1. С оставьте задачу на м еханическое движ ение, одним из элем ентарны х условий которой является следующее: "Пеш еход идет со скоростью 4 км /ч".

Задание 2. С оставьте задачу на м еханическое движ ение с э л е ­ м ентарны м и условиями: "С корость автомобиля 72 км/ч", "Время движ ени я автомобиля 30 мин".

Задание 3. С оставьте задачу на м еханическое движ ение, т р е б о ­ ванием которой является: "Определить время движ ения в ел о си ­ педиста меж ду двумя пунктами".

Задание 4. С оставьте задачу на механическое движ ение с т р е ­ бованием: "О пределить скорость теплохода".

Задание 5. С оставьте задачу на механическое движ ение, о б ъ ­ ектом которой является самолет.

П риведенны е выш е задания отличаю тся объемом основания.

Очевидно, что минимальным является объем основания для задания 2 (по этому основанию м ож но составить только одну задачу на о п р е ­ деление пройденного расстояния). М аксимальным является основание для задания 5 (по этому основанию можно составить задачи с т р е б о ­ ваниями определить скорость самолета, расстояние между а э р о ­ портами, время полета. Так как в элементарны х условиях можно з а ­ давать различны е численны е значения скорости, пути и времени, то, очевидно, что объем рассм атриваем ого основания равен сотням з а ­ дач).

Для освоения учащ имися операции 1—1 можно использовать и задания по преобразованию готовых задач. П римерами таких заданий являю тся задания 6, 7.

Задание 6. С оставьте задачу, аналогичную задаче No.

.. (указать No задачи из сборника задач или учебника), зам енив характеристики обіекта задачи.

Задание 7. С оставьте задачу, аналогичную задаче No.

.. (указать No задачи из сборника задач или учебника), изменив элементарное условие задачи Выполнение учащ имися заданий, аналогичных заданиям 1—7, способствует закреплению знаний теории учебных задач и форми — рованию умения выделять элем ентарны е условия и требования з а ­ дачи, устанавливать объекты задачи и их характеристики.

Для усвоения учащ имися операции I —3 мож но использовать з а ­ дания, аналогичные заданиям 8 — 1 0.

Задание 8. Сформулируйте задачу по ее краткой записи:

–  –  –

Второй этап. Для усвоения учащ имися операций III—1 и III —3 можно использовать задания на составление задач, аналогичные» з а ­ даниям 11 — 15.

Зад ан и е 11. С оставьте задачу на м еханическое движ ение, р е ш е ­ ние которой осущ ествлялось бы граф ическим способом.

Зад ан и е 12. С оставьте задачу на слож ение сил. Задача долж на реш аться графическим способом.

Задание 13. С оставьте задачу на определение массы тела по плотности его вещ ества. Задача долж на реш аться алгебраическим способом.

Задание 14. С оставьте задачу, для реш ен ия которой необходимо использовать ф орм улу плотности вещ ества.

Задание 15. С оставьте задачу, для реш ен ия которой необходимо составить систем у уравнений, состоящ ую из форм ул силы тяж ести и плотности вещ ества.

На т рет ьем этапе происходит усвоение учащ имися операций 1—2 и III —2, поэтом у на этом этапе м ож но использовать учебные задания, аналогичны е заданиям 16—19.

Задание 16. С оставьте задачу на м еханическое движ ени е а в т о ­ мобиля, в которой его м ож но рассм атривать как материальную точку.

Задание 17. С оставьте задачу на расчет количества теплоты, н е ­ обходимого для плавления свинца, в которой можно было бы п р е ­ небречь потерей части теплоты, выделяемой нагревателем.

Задание 18. С оставьте задачу по теме "Количество теплоты.

Удельная теплоем кость". О сновны м уравнением при реш ении этой задачи долж на быть ф орм ула для расчета теплоты сгорания топлива.

Задание 19. С оставьте задачу по теме "М еханическая энергия".

О сновным уравнени ем при реш ен ии этой задачи долж на быть ф о р ­ мула ки нетической энергии.

Н а чет верт ом этапе для усвоения операции 1—4 можно и с ­ пользовать учебны е задания, аналогичны е заданию 8, а для усвоения операци и III —4 — учебны е задания, аналогичны е заданиям 20 —21.

Задание 20. С оставьте такую задачу по тем е "Работа и мощ ность тока", при реш ен ии которой проверка полученного соотнош ения между требовани ем и условием задачи имела бы вид г. Дж Кл х В Кл А х с [t — --------- - — = ------= с.

А хВ А хВ А А Задание 21. С оставьте задание на закон Д ж о у л я —Ленца. П р о ­ верка полученного при, реш ении этой задачи соотнош ения между ее требовани ем и условием долж на иметь вид Д ж _ Кл х В А х с х В В I Iт о тт ““ л “ “ л тт ш Ом.

А хс А хс А хс А О ч е в и д н о, что вы полнение учебных заданий на составление задач, аналогичны х заданиям 20 и 21, ф орм ирует у учащ ихся умение использовать теорию единиц изм ерения ф изических величин для "конструирования" формул, описы ваю щ их ф и зические явления.

ГЛАВА II. М ЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ УЧАЩ ИХСЯ

РЕШ ЕНИЮ ЗАДАЧ С М ЕЖ П РЕД М ЕТН Ы М С О Д ЕРЖ А Н И ЕМ

–  –  –

Одна из важ н ей ш и х задач ш колы — ф орм и р о ван и е м и ровоззрен и я учащ ихся. Разносторонние взаим освязи таких наук, как ф изи ка, химия, биология, создаю т условия для ф ор м и р о ван и я у учащ ихся научной картины мира, поним ания единства м атерии и ф орм ее движ ения.

Ш кольные дисциплины естественно —научного цикла, являясь о с ­ новами ф изических, химических, биологических наук, долж ны о т р а ­ ж ать в своем содерж ании объективны е связи явлений природы.

Каждая дисциплина в к а к о й - т о м ере о б есп ечивает это отраж ение, даж е если ее преподавание идет обособленно от других дисциплин.

Если же естественно —научные дисциплины координ ирую тся м е ж ­ предметными связями, то объективно д ей ствую щ и е связи природы выявляю тся отчетливее, раскры ваю тся всесторон не и обесп ечиваю т учащ имся возм ож ность познания диалектики природы.

О сновны е дидактические ф ункц ии м еж предм етны х связей в о б у ­ чении следую щие: координирую щ ая (согласование по содерж анию и времени изучения инф орм ации, получаемой учащ им ися на занятиях по разным учебным дисциплинам), ф орм ирую щ ая (ф орм и рование на учных понятий, законов, теорий, интеллектуальны х и практических умений и навыков), систем ообразую щ ая (образование систем ы е с ­ т е с т в е н н о -н а у ч н ы х знаний, научной картины мира).

Э ф ф ективность прим енения м еж предм етны х связей в обучении зависит от вы бора способов и средств их осущ ествления в учебном процессе. Реализация межпредметных* связей не предполагает о т ­ крытия новых методов и средств обучения, однако использование меж предм етны х связей в процессе обучения р аскры вает их новы е возмож ности, вы являет сходство и сп ец и ф и ку прим енения методов в различны х учебны х дисциплинах, способствует более четкому о с о з ­ нанию учащ им ися возм ож ности переноса знаний и умений с одной учебной дисциплины на другие. Одним из аспектов реш ения п р о б ­ лемы м еж предм етны х связей в обучении являю тся нахож дение средств реализаци и м еж предм етны х связей и разработка методики их прим енения.

Анализ состоян ия проблемы реализации межпредметных связей с позиции психологической теории деятельности показывает, что э ф ­ ф екти вн ое использование м еж предм етны х связей в процессе о б у ­ чения нево зм о ж н о б ез вклю чения самих учащ ихся в деятельность по осущ ествлению м еж предм етны х связей.

Одним из видов учебной деятельности является реш ение задач.

Для ф орм и р о ван и я у учащ ихся умения устанавливать межпредметные связи необходим о использовать задачи м еж предметного содерж ания.

4.2. Задачи м еж предм етного содерж ания и их ф ункции в обучении Задачи м еж предм етного содерж ания — это задачи, содерж ание и процесс реш ен ия которы х интегрирую т структурны е элементы з н а ­ ний, изучаем ы е на занятиях по различны м учебным дисциплинам.

Ф ункции задач м еж предм етного содерж ания в целом совпадают с ф ункц иям и учебны х ф и зических задач (1.2). Следует отметить, что реш ен и е задач м еж предм етного содерж ания особенно эф ф ективно для ф орм и р о ван и я естественно —научных понятий, умения сам осто­ ятельно устанавливать связи меж ду систем ам и знаний разных е с ­ т е с т в е н н о -н а у ч н ы х дисциплин, а такж е для ф орм ирования общих ум ений и способностей (развития теоретического мышления, у с в о е­ ния учащ им ися общ их методов познания явлений природы).

Р еш ение задач м еж предм етного содерж ания имеет такж е с п е ц и ­ ф ическую и очень важ ную ф ункцию — образование системы е с ­ тественн о —научны х знаний.

В аж нейш им структурны м элементом знаний являю тся понятия.

Р еш ение задач м еж предм етного содерж ания способствует ф о р м и р о ­ ванию систем ы естественно —научных понятий. При реш ении задач вы деляю тся сущ ественны е признаки понятий, выявляется сущность понятий и на этой основе происходят обобщ ение и конкретизация понятий Реш ение задач межпредметного содерж ания позволяет выявить связи между понятиями: учащ иеся выясняю т, какие явления и п р о ­ цессы описы ваю тся в задаче, как они связаны м еж ду собой, какие признаки понятий изучались в курсах ф изики, химии, зоологии, географии и других дисциплин. Учащиеся привы каю т рассм атривать явления природы с позиций разны х предметов. Р еш ение задач м е ж ­ предметного содерж ания помогает бороться с ’’расщ еплением" п о ­ нятий в сознании учащ ихся. Так, например, понятие "давление” р а с ­ щепляется на самостоятельны е понятия: давление (ф изика), корневое давление (ботаника), атм осф ерное давление (география).

Д идактические возм ож ности задач м еж предм етного содерж ания определяю тся таким и факторами, как: содерж ание задач, специальная методика реш ения таких задач, рациональное их при м ен ение (по месту и времени) в учебном процессе, организац ия различны х с а м о ­ стоятельных работ.

Выше отмечалось, что ф ункции реш ения задач меж предм етного содерж ания в основном совпадают с ф ункциям и реш ен ия чисто ф и ­ зических задач, однако наличие в содерж ании задач дополнительной информации, выходящ ей за границы предмета ф изики, повы ш ает познавательный интерес учащ ихся. Т акие задачи ж елательно и сп оль­ зовать для создания проблемных ситуаций.

Задача 42. Какой цвет увидит человек, находящ ийся под водой, если на поверхность воды падает красны й свет?

П остановка такой проблемы повы ш ает интерес учащ ихся к и з у ­ чению явления преломления света.

Для реш ения данной проблемы необходимо знать:

1) какой характеристикой (частотой или длиной волны) о п р е д е ­ ляется цвет видимого света;

2) какое явление происходит на границе раздела двух сред при переходе света из одной среды в другую;

3) второй закон преломления;

4) ф изический смысл относительного показателя преломления;

5) формулу, связы ваю щ ую скорость распространения волны с ее длиной и частотой;

6) какая величина (длина волны или частота колебаний) и зм е н я ­ ется при изм енении скорости распространения волны.

Реш ение задач меж предметного содерж ания способствует ф о р ­ мированию прочных знаний учащ ихся и их ум ений прим енять з н а ­ ния, так как в этом случае осущ ествляется один из главных дидак — тических принципов обучения — принцип связи теории с практикой.

Реш ая таки е задачи, учащ иеся осознаю т практическую ценность ф и ­ зики, уб еж даю тся в том, что знан ие ф изич еских законов позволяет реш ать п р акти чески е задачи.

П риведем несколько прим еров задач, которы е можно использовать для иллю страции и показа практического прим енения изученных ф и зи ч ески х законов.

Задача 43. М ож но ли стрелять из пистолета на дне океана?

Задача 44. И зм еняется ли подъемная сила аэростата с ув ел и ­ чением вы соты его подъема? О бъем оболочки аэростата и т ем п е ­ ратуру воздуха считать постоянны ми.

Задача 45. Р азность у ровней воды по обе стороны плотины ГЭС составляет 120 м.

К акова потенциальная энергия одного кубического м етра воды, находящ ейся у поверхности водохранилищ а?

Задача 46. К акую мощ ность развил человек массой 60 кг, в с к о ­ чивш ий на возвы ш ен и е вы сотой 1 м за 1 с?

Задача 47. П очем у в бурю ель вы ры вается вместе с корнем, а у сосны чащ е лом ается ствол?

Задача 48. П очем у человек при подъеме в горах испыты вает к и ­ слородное голодание, хотя процентное содерж ание кислорода в в о з ­ духе п ракти чески не зави си т от вы соты над уровнем моря?

Задача 49. Ч еловек случайно коснулся рукам и оголенных п р о ­ водов, н ап р яж ен и е м еж ду которы м и 220 В.

О пределить силу тока, текущ его по телу человека, если кож а сухая (сопротивление 100 кОм) и влаж ная (сопротивление 1500 Ом). П очем у нап ряж ение эл ектр и ­ ческих цепей, установленны х в подвальных помещ ениях, не должно превы ш ать 36 В?

Задача 50. К акое насеком ое: муха, ш мель или комар — чаще м аш ет кры льям и?

Задача 51. К акова скорость света в хрусталике глаза человека, если показатель прелом ления хрусталика 1,41?

М есто задач м еж предм етного содерж ания в систем е учебных ф и зи ч ески х задач показано в табл. 1.

Учитывая ф ун кц и и задач м еж предм етного содерж ания, можно ‘ провести кл асси ф и кац и ю задач данного вида по их дидактической роли ісм. табл. 6).

К лассиф икация задач м ежпредметного содерж ания

–  –  –

П риведенны е выш е задачи 42, 43, 44, 45, 46, 51 направлены на форм ирование научных понятий, задачи 42, 43, 49 — на усвоениезаконов, задачи 43, 47, 50 способствую т образованию ассоциаций представлений, задачи 42, 48, 49 способствую т образованию а с с о ­ циаций умозаклю чений, задача 49 направлена на развитие обоб — щенного мышления, а задачи 42, 43, 44, 48, 50 — на развитие п р и чи н н о -сл ед ствен н о го мышления.

4.3. Уровни, сф орм ированности ум ения реш ать задачи меж предм етного содерж ания И спользование задач м еж предм етного содерж ания как средства реализации м еж предм етны х связей в обучении требует разработки методики обучения учащ ихся реш ению задач этого вида. Разработать такую м етодику мож но на основе обобщ енной структуры д еятел ь­ ности по р еш ен ию задач и знания уровней сф орм ированности у м е ­ ния реш ать задачи м еж предм етного содерж ания. Используя в к а ­ честве к р и тер и ев ум ение устанавливать меж предм етны е связи при изучении естествен н о —научных понятий и ум ение применять с и с ­ тему естествен н о —научных знаний при реш ении задач, можно в ы ­ делить четы ре уровня сф орм ированности умения реш ать задачи м еж предм етного содерж ания (табл. 7).

–  –  –

Для ф орм ирования умения реш ать задачи м еж предм етного с о ­ держ ания необходимо предъявлять учащ имся задачи, соо тветству ­ ющие их уровню сф ормированности данного умения.

Задача 52. М оллюск —каракатица при угрозе вы брасы вает темно — синюю замутненную жидкость.

Почему, пространство, заполненное этой жидкостью, через некоторое время вновь становится про зрачным?

В задаче описы вается явление диф ф узии. С вязь меж ду ф изикой и биологией вы раж ена в готовом виде. Реш ение этой задачи не требует привлечения биологических знаний. Задачи такого типа несут лишь и н ф орм ационную ф ункцию в процессе ф орм ирования умения у с ­ танавливать м еж предм етны е связи в обучении и могут быть исп оль­ зованы при ф орм ировании лиш ь первого уровня данного умения.

К задачам такого типа относятся задачи 45, 46, 51.

Анализ содерж ания задач 42, 49, то есть установление связей меж ду явлениям и,.описанны м и в задаче, требует знания смежных дисциплин. В процессе актуализации знаний образую тся ассоциации представлений (см. табл. 6). Задачи такого типа выполняю т восстан о­ вительную ф ункцию при установлении связей в системе е стествен ­ н о -н а у ч н ы х знаний и могут быть использованы для ф ормирования второго и третьего уровней ум ения реш ать задачи межпредметного содерж ания.

В задачах, аналогичных задачам 42, 43, 47, 48, 50, связь между естественно —научными понятиями вы раж ается через требование задачи. П ри реш ении таких задач ассоциации образую тся в процессе разм ы ш ления и являю тся ассоциациям и суж дений и умозаклю чений (см. табл. 6). Т акие ассоциации наиболее устойчивы, поэтому задачи такого типа могут быть использованы для ф орм ирования четвертого уровня ум ения реш ать задачи меж предметного содерж ания.

5. М ЕТОДИКА ФОРМ ИРОВАНИЯ У УЧАЩИХСЯ

УМЕНИЯ РЕШАТЬ ЗАДАЧИ М ЕЖ ПРЕДМ ЕТН О ГО СОДЕРЖАНИЯ

–  –  –

Так как задачи м еж предм етного содерж ания являю тся одним из видов учебны х ф и зических задач (см. табл. 1), то, очевидно, что структура деятельности по реш ению задач этого вида мож ет быть разработана на основе структуры деятельности по реш ению учебных ф изических задач (см. табл. 2).

Анализ данной структуры и специф ики реш ения задач м еж п ред ­ метного содерж ания показы вает, что необходимо дополнить о п е ­ рации 1—1, 11—1, III —3, IV —3. С учетом этих дополнений структура деятельности по реш ению задач м еж предм етного содерж ания имеет вид, показанны й в табл. 8.

С пециф ика задач межпредметного содерж ания состоит в том, что объект задачи и его характеристики могут изучаться в разных д и с ­ циплинах. Следовательно, при реш ении задач данного вида н ео б х о ­ димо привлекать знания соответствую щ их предметов. Суть операции II —2 — создание ф изической модели задачи, т. е. выделение ф и ­ зической стороны задачи, но вы деление одной из сторон задачи невозмож но без понимания остальных ее сторон. П оэтому при в ы ­ полнении операции I — 1 необходимо вы явить учебны е дисциплины, на занятиях по которым изучался объект задачи м еж предм етного с о ­ держ ания.

Если меж предм етное содерж ание задачи им еет лиш ь и н ф о р м а ­ ционную ф ункцию (4.3), то вы полнение остальных операций с т р у к ­ туры деятельности по реш ению задач не отличается от выполнения соответствую щ их операций при реш ении идеальных ф изических з а ­ дач.

В иных случаях реш ение задач м еж предм етного содерж ания т р е ­ бует знаний различных стественны х дисциплин. П ривлечение таких знаний необходимо при выполнении операции II—1: явления (или некоторые из явлений), описы ваем ы е в задаче, изучаю тся в курсах биологии, химии, географ ии и т. д.

Выявленные при вы полнении операции II—1 разделы или темы естественны х предметов позволяю т учащ имся актуализировать з н а ­ ния, полученные на занятиях по соответствую щ им учебным д и с ­ циплинам, и использовать их при выполнении операци и III —3 (при составлении системы уравнений, вы явлении п р и ч и н н о -с л е д с т в е н ­ ных связей, построении умозаклю чений).

Знания, полученные при изучении дисциплин естественно —на — учного цикла, помогают выполнить оценку полученного при реш ении задачи ответа на достоверность и реальность, т. е. эти знания и с ­ пользуются при выполнении операции IV —3.

(О Ег ю н

–  –  –

ф о р м и р о в ан и е у учащ ихся умения реш ать задачи м еж предм ет­ ного содерж ан и я происходит в рамках ф орм ирования умения решать учебны е ф и зи ч ески е задачи, поэтому ф орм ирование частного у м е ­ ния мож но проводить с использованием этапов, разработанны х для ф орм и рован и я обобщ енного ум ения (см. табл. 3).

Выполнение операции 1—1 для задач м еж предметного со д ер ­ ж ан ия мож но ф орм ировать на третьем этапе после заверш ения ф о р ­ м ирования данной операции для ф изических задач и при ф о р м и ­ ровании ум ения выполнять операцию 1—2 (идеализация с о д ер ­ ж ания задачи). На данном этапе мож но использовать лиш ь такие задачи м еж предм етного содерж ания, реш ение которых не требует привлечения ины х знаний, кром е полученных в курсе ф изики.

Задача 53. М асса слона в тридцать раз меньш е массы кита, масса м орской череп ахи в сотни раз превы ш ает м ассу сухопутных черепах.

П очему м орские ж ивотны е могут иметь массу, значительно п ревы ­ ш аю щ ую м ассу сухопутны х ж ивотны х?

Задача 54. О пределить мощ ность, развиваем ую лошадью массой 500 кг при п р ы ж ке на вы соту 1 м, если время пры ж ка 0,5 с.

Р еш ение задач, аналогичны х задачам 53, 54, помогает форми — ровать ум ение вы полнять операцию идеализации содерж ания задачи;

т. е. создавать ф и зи ч ескую модель задачи. Кроме того, реш ение таких задач необходим о как начальный этап ф орм ирования умения решать задачи м еж предм етного содерж ания.

На чет верт ом этапе ф орм ирования ум ения реш ать учебные ф и зи ч ески е задачи необходимо предъявлять для реш ения учащимся задачи м еж предм етного содерж ания, в которы х описываю тся я вл е­ ния, изученны е на недавно прош едш их занятиях по дисциплинам естественно —научного цикла. Реш ение таких задач, с одной стороны, не требует от учащ ихся вы явления систем ы знаний, а с другой стороны, позволяет им выявлять п р и ч и н н о -с л е д с тв ен н ы е связи и строить ум озаклю чения с прим енением знаний, полученных на занятиях но различны м учебны м дисциплинам. П риведем примеры таких задач.

Задача 55. О пределить количество теплоты, необходимое для нагревания 5 молей кислорода на 20 К при постоянном давлении.

Задача 56. О динакова ли потребность в питьевой воде стри — женого и неостриж енного верблюда?

Задача 57. К акие агрегатны е превращ ения происходят с в е ­ ществом, вы брасы ваемы м при и зверж ении вулканов?

Задача 58. П очему человек после купания м ерзнет? О пределить изм ен ен ие энергии тела человека, на котором после выхода из в о ­ доема осталось 200 г воды.

На шестом этапе ф орм ирования у учащ ихся умения реш ать задачи начинается ф орм ирование умения выполнять операцию о р и ­ ентирования действия составления плана реш ения задачи. На этом этапе учащ иеся должны выявлять предмет задачи (явление или п р о ­ цесс) и раздел, тему, ф изическую теорию, в которы х р а с с м а т ­ ривается данный предмет задачи.

На седьмом этапе можно продолжить ф орм ирование умения выполнять дашгую операцию, используя задачи м еж предм етного с о ­ держ ания, для реш ения которых необходимо использовать знания, полученные на занятиях по различным дисциплинам в п р е д ш е ст ­ вующие периоды обучения. Реш ение таких задач требует от у ч а ­ щихся выявления системы знаний, полученных на занятиях по р а з ­ личным дисциплинам естественно —научного цикла.

Использование таких задач позволяет такж е продолж ить ф о р ­ мирование умения выполнять операцию IV —3, начатое на пятом этапе. Учащиеся для проверки полученного при реш ении задачи результата на реальность и достоверность долж ны использовать знания, полученные на занятиях не только по ф изике, но и по другим учебным дисциплинам. Приведем примеры таких задач.

Задача 59. Определить линейную скорость тела, находящ егося на поверхности Земли на ш ироте 60°.

Задача 60. С какой скоростью человек долж ен был бы беж ать по поверхности океана, чтобы удерж аться на ней?

Задача 61. Ч еловек массой 60 кг пры гает с высоты 1 м на пол.

Определить силу, действую щ ую на стопу человека во время удара об пол, если он прогибается на 1 мм. Выдерж ит ли такой удар большая берцовая кость, вы держ иваю щ ая вертикальную нагрузку 15,6 кН?

Как можно уменьш ить силу удара?

Рассмотрим пример реш ения задачи меж предметного содерж ания.

Задача 62. Каков объем 100 г аммиака при нормальных условиях?

Элементарное условие задачи — газ находится при нормальных условиях. О бъект элементарного условия — аммиак массой 100 г.

Требован ие задачи — определить объем аммиака.

А ммиак изучался на уроках химии.

И деализация условия задачи — аммиак будем рассм атривать как идеальный газ.

К раткая запись содерж ания задачи:

аммиак нормальны е условия m = 100 г = 0.1 кг

–  –  –

В оспроизведение содерж ания задачи но ее краткой записи — имеется ам м иак при нормальных условиях. М асса газа 0,1 кг. Каков его объем?

П редм етом задачи является состояние идеального газа. И деаль­ ный газ рассм атривается при изучении темы "Основы м олеку­ л я р н о -к и н е т и ч е с к о й теории", а такж е при изучении темы "П ерво­ начальные хим ические понятия" в курсе химии. В этом курсе о п и ­ сы вается и ам м иак (при изучении азота).

Выполнить требовани е задачи м ожно на основе применения уравнения М енделеева —Клапейрона.

Задача реш ается алгебраическим способом.

У равнение М енделеева —Клапейрона:

р= —RT.

Я Для определения объема ам м иака необходимо знать его давление, тем пературу, молярную массу и универсальную газовую постоянную.

У ниверсальная газовая постоянная R = 8,31 Д ж /(м о л ь х К ). Из курса химии известно, что нормальные условия соответствую т давлению 1,01 х 105 Па и тем пературе 273 К. Так как химическая формула а м ­ миака N H 3, то с помощ ью периодической системы элементов о п р е ­ делим его м олярную массу: р = 0,017 кг/м оль.

Из уравнения М енделеева —К лапейрона получим

–  –  –

Таким образом, 100 г аммиака при нормальных условиях заним аю т объем 0,133 м 3, т. е. 133 л.

П роверить реальность полученного результата можно, определив плотность ам м иака и сравнив полученное значение с плотностью другого газа при нормальных условиях. Второй способ проверки результата данной задачи на реальность заклю чается в и сп ользо­ вании химического понятия "моль".

Первый способ.

Плотность аммиака в рассм атриваем ой задаче:

р = ” = _ М _ = 0,7 5 Н Н V 0,133 м3 Плотность воздуха при нормальных условиях 1,29 к г /м 3.

Плотность аммиака должна быть меньш е плотности воздуха, так как молярная масса воздуха больше (рвозд = 0,029 кг/моль). С л едова­ тельно, полученный ответ является реальным.

Второй способ.

Моль любого газа при нормальных условиях заним ает объем 22,4 л.

Так как масса одного моля ам м иака 0,017 кг, а объектом задачи является 0,1 кг аммиака, то можно составить пропорцию :

–  –  –

реш ении задачи результату.

Второй способ проверки результата реш ения задачи на реальность мож ет быть использован как один из способов реш ения задачи.

5.3. О собенности деятельности учителя по реализации м еж предм етны х связей с использованием задач м еж предметного содерж ания

–  –  –

6. РЕШ ЕНИЕ ЗАДАЧ

С П Р О И ЗВ О Д С Т В Е Н Н О -Т Е Х Н И Ч Е С К И М СОДЕРЖ АНИЕМ

КАК СРЕДСТВО РЕАЛИЗАЦИИ П ОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ОБУЧЕНИЯ

–  –  –

Ф и зика является одной из ф ундам ентальны х наук; исследования и откры тия в области ф и зи к и леж ат в основе развития техники и производства.

П олитехническая направленность обучения предполагает у с в о е ­ ние учащ им ися политехнических знаний, ф орм ирование умений и навы ков при м ен ения этих знаний. П олитехническая направленность курса ф и зи к и предполагает усвоение учащ им ися ф изических основ соврем енной техники и технологии производства.

Одним из средств ф орм ирования политехнических знаний и ум ений у учащ ихся является реш ение ф изических задач с п р о и з­ водственно —техническим содерж анием.

Ф и зи ческая задача с производственно —техническим со д ер ж ан и ­ ем — задача, связанная с реш ением технических и п рои звод ­ ственны х вопросов, опери рован ием знаниями, умениями и навыками в области ф и зи к и, техники, производства.

Ф ункции ф и зи ч ески х задач с производственно —техническим с о ­ дер ж ан и ем в основном совпадаю т с ф ункциям и учебных ф изических задач (1.2), однако реш ен ие таких задач особенно эф ф ективно для ф орм и рован и я ум ения практически прим енять ф изические знания, ф орм и рован и я общ их ум ений и способностей.

Реш ение задач с производственно —техническим содерж анием:

позволяет ф ормироват ь у учащ ихся ум ение вы являт ь физическое явление или закон, полож енные в основу уст ройст ва и принципа дейс­ т вия того или иного механизма;

способствует сознат ельному усвоению учащ имися учебного мате­ риала;

позволяет знакомить учащ ихся с элементами т ехнологии основных промышленных процессов, со свойст вами материалов, применяемых в технике и на производст ве;

развивает т ехническое мыш ление учащихся;

способствует ф ормированию полит ехнических понятий;

расширяет полит ехнический кругозор учащихся;

помогает экономическому и экологическому воспит анию учащихся;

готовит учащ ихся к т руду в условиях современного производст ва В сущ ествую щ их учебниках и сборниках задач для старш их клас ­ сов средней школы политехнические знания представлены в виде отрывочных сведений об использовании в технике некоторы х з а к о ­ нов ф изики. Выпускники средней школы в условиях соврем енного н ау ч н о -те х н и ч е с к о го прогресса не могут довольствоваться в своей практической деятельности знанием таких эпизодических основ техники. Больш ие возм ож ности для реализации политехнического обучения залож ены в реш ении задач с производственно —т е х н и — ческим содерж анием. В связи с этим возникает необходимость о т ­ бора такого политехнического материала для составления задач, к о ­ торый наиболее глубоко отраж ал бы тенденции развития техники и производства и был бы нуж ен каж дому человеку вне зависимости от его будущей специальности.

При отборе политехнического материала для составления задач с производственно —техническим содерж анием необходимо у ч и ты ­ вать следую щие дидактические требования:

обеспечение органической связи отбираемого полит ехнического материала с изучаемым программным материалом по физике;

практичекое значение данного материала;

доступность его усвоения учащ имися того или иного класса;

необходимость тщ ательной дозировки отбираемого полит ехни­ ческого мат ериала для сост авления конкретной задачи.

Мы остановим ся подробнее на использовании таких задач с п р о ­ и зво д ствен н о -тех н и ч ески м содерж анием, которы е предполагают оперирование средствами граф ической наглядности: техническими рисунками, чертеж ами, схемами. На основе зрительного пред став­ ления у учащ ихся возникает образ технического объекта, который является одновременно чувственно —наглядным и понятийным (кон — цептуальным). Ч увственно —наглядные образы, отраж аю щ ие свойства предметов действительности, возникаю т непосредственно при в о з ­ действии на анализаторы человека и сущ ествую т в виде образов ощ ущ ений, восприятий и представлений. П онятийны е (концепту­ альные) образы, отраж аю щ ие наиболее сущ ественны е стороны, связи и отнош ения объективного мира, раскры ваю тся средствами абстракт ного мыш ления в процессе практической деятельности. В чистом виде чувственны х и понятийны х образов не сущ ествует, они всегда н а ­ ходятся в диалектическом единстве, взаим освязи и взаимоотнош ении.

В проц ессе реш ения задач, содерж ащ их техническую нагляд­ ность, мозг ш кольника постоянно ф орм ирует чувственно —логичес­ кие (наглядные) образы, при этом чувственно —наглядная сторона как бы освещ ается смысловым содерж анием. Л огическое рациональное мыш ление вклю чается в наглядный образ в "снятом" виде, поскольку ц любой восприняты й органами чувств сигнал оставляет в мозгу след в виде электрохим ических процессов в нервных клетках. Центральная нервная систем а отбирает и преобразует поступаю щ ие сигналы и направляет свою деятельность на выделение некоторого числа опознавательны х признаков предмета. При реш ении задач с п р о ­ и зв о д с т в ен н о -т е х н и ч е с к и м содерж анием идет развитие тех н и ч ес­ кого мыш ления учащ ихся на основе чувственного познания и у с ­ пеш ное реш ен ие задачи определяется в данном случае единством образного и логического компонентов деятельности.

–  –  –

О знаком ление с задачей. Элементарное условие задачи: на п о р ­ шень насоса действует сила 590 Н.

Э лементарны е требования задачи:

объяснить принцип действия насоса и определить максимальную вы — соту подъема воды таким насосом. Техническим объектом задачи я в ­ ляется насос; его основные части: цилиндр, порш ень, воздуш ная к а ­ мера и два клапана; характеристика объекта — площадь поперечного сечения порш ня 120 см 2.

В задаче описы вается давление твердого тела на жидкость.

Краткая запись задачи:

жидкостный насос F = 590 Н S = 120 см 2 = 0,012 м2

–  –  –

Сост авление плана реш ения задачи. П редметом задачи является давление в ж идкости. Реш ить задачу мож но на основе закона Паскаля и анализа действия клапанов при движ ении порш ня насоса вверх и вниз.

Рациональным методом реш ения задачи будет анализ движ ения воды (и его причин) в насосе. Для выполнения второго требования задачи необходим о использовать ф ормулу давления на глубине жид ­ кости.

О сущ ествление реш ения задачи. О сновными способами реш ения задачи являю тся логический и алгебраический.

Н асос состоит из цилиндра 2, внутри которого находится плотно прилегаю щ ий порш ень 3 со штоком 1. В ниж ней части цилиндра им еется клапан 4,. откры ваю щ ийся только вверх. При движ ении порш ня вверх под ним создается разреж ени е, за счет которого к л а ­ пан 4 откры вается, и вода под действием давления атмосф еры п о ­ ступает в цилиндр. П ри движ ении порш ня вниз клапан 4 за — кры вается под действием давления воды в цилиндре под поршнем, а клапан 5 откры вается и вода поднимается в резервуар с воздушной кам ерой 6.

Рассчитаем наибольш ую высоту подъема воды при помощи насоса описанной конструкции.

При каж дом цикле движ ений поршня вверх и вниз в воздушную кам еру поступает новая порция воды и высота столба воды над к л а ­ паном 5 увеличивается.

При увеличении высоты столба воды в о з ­ растает давление воды на клапан 5 сверху:

Р, =РЪ.

Рост столба воды будет продолжаться до тех пор, пока давление воды р 2, создаваем ое порш нем, будет достаточным для открывания клапана 5 при движ ении порш ня вниз. Д авление р будем считать постоянны м, а давление р, зависит от высоты столба ж идкосги над клапаном 5. П ри максимально высоком столбе воды будет соблю даться условие Р1 =Р2- так как при более высоком столбе воды соблю далось бы условие р, р 2, а при этом условии клапан 5 не откроется.

F

Так как р 2 = —, то, используя равенство р,=р 2, получим формулу:

,_F F откуда.h = ----gs *h - s '

П роверим единицу изм ерения искомой величины:

Подставляя численны е значения известны х величин в ф ормулу для вычисления искомой величины, получим:

h = --------- — ------ — = 5,1 (м).

1 0 0 0 x 9,8 x 0,0 1 2 Проверим полученный результат и выполним его анализ.

Над клапаном 5 м ож ет находиться столб воды высотой 5,1 м;

большей высоты подъема воды добиться не удастся, так как давление, создаваемое порш нем на ж идкость в цилиндре и передаваем ое с о ­ гласно закону П аскаля на клапан 5, окаж ется недостаточны м для открытия указанного клапана. Из формулы для вы числения искомой величины видно, что высота подъема воды насосом прямо п р о п о р ­ циональна силе, действую щ ей на порш ень, и обратно п р о п о р ц и ­ ональна площади сечения поршня. Очевидно, что увеличивая силу, действую щ ую на порш ень, и уменьш ая площадь поршня, мож но увеличить давление поршня на воду в цилиндре и, как следствие, увеличить высоту подъема воды в воздуш ной камере.

С другой стороны, ум еньш ение площади порш ня приведет к уменьш ению производительности насоса, так как уменьш ится масса воды, проходящ ей в воздушную кам еру за один ход порш ня.

Проверим результат на реальность. Глубина колодцев составляет 4 —15 м, поэтому полученный результат следует считать реальным.

(Такой насос можно использовать для подъема грунтовых вод и д р у ­ гих целей).

із формулы для вычисления искомой величины видно, что задача не имеет реш ения только при F=0. В этом случае на порш ень не действует сила, он не создает давления на воду в цилиндре, с л е ­ довательно, не откры вается клапан 5 и вода не поступает в в о з ­ душную камеру.

Высота подъема столба воды 5,1 м получена нами при силе 590 Н, действую щ ей на ш ток поршня. Если насос ручной, то для получения такой силы конструкция насоса долж на содерж ать рычаг, п о с р ед ­ ством которого воздействие руки человека передается на ш ток п о р ­ шня.

Анализ реш ения приведенной выш е задачи позволяет к о н к р е ­ тизировать структуру деятельности по реш ению учебных ф и зи ч е с ­ ких задач (см. табл. 2) для задач с производственно —техническим содерж анием. С пец иф ика реш ения задач данного вида проявляется при выполнении операций 1—1, I —3, 1—4, II —2, 1 —3, III —2, III —3, III- 4, I V - 1, IV - 4 (табл. 10).

С труктура деятельности по реш ению задач с производственно —техническим содерж анием

–  –  –

Исследование условий, при к о ­

4. Контроль торых задача имеет решение, н а ­ хождение других решений при различных допущениях, опреде — ление возможности получения р е ­ зультата другими способами, в ы ­ явление наиболее рационального способа решения С труктура деятельности по реш ению учебных ф изических задач является обобщ енной, поэтому содерж ание операции в табл. 2 и 10 мало отличается, однако вы полнение ряда операций при решении задач с п р о и зв о д ств ен н о —техническим содерж анием отличается от вы полнения аналогичны х операций при реш ении учебных ф и з и ­ ческих задач.

Так, при вы полнении операци и 1—1 необходимо выяснить, какой технический о б ъ ект рассм атривается в задаче и каковы его основные части.

При вы полнении операции I —3 необходимо начертить схему данного объ екта (если она не приведена в условии задачи) и отразить назван и е объекта, его характеристики и требовани е задачи в краткой записи задачи.

Выполняя операци ю 1—4, необходимо с помощ ью схемы объекта и краткой запи си задачи воспроизвести содерж ание задачи, в том чи — еле и ее технической стороны.

Выполняя операци и И —2 и II —3, приходится планировать п р и м е­ нение закон ов или ф орм ул ф и зи ки и различны х видов анализа д е й ­ ствия техн и ч ески х объектов (кинем атических схем, движ ения ж и д ­ кости или газа, д виж ени я зарядов и т. д.), их узлов и деталей.

При вы полнении операци й III —2 и III —3 необходимо выявлять п р и ч и н н о -с л е д с т в е н н ы е связи, используем ы е при работе т е х н и ­ ческого объекта, строить ум озаклю чение с использованием как з н а ­ ний ф изики, так и поним ания принципа действия узлов и деталей технических объектов (в которы х использую тся ф изические я в л е ­ ния).

П ри вы полнении операци и III —4 (дополнительно к проверке п о ­ лученного соотнош ения меж ду условием и требованием задачи) мож но осущ ествить перенос полученного реш ения для объяснения принципа дей стви я других аналогичных технических объектов (в работе которы х использую тся те ж е ф изи ч ески е явления, что и в работе объекта, рассм отренного в только что реш енной задаче).

П ри вы полнении операци и IV —1 необходимо уточнить ф и з и —.

ческий см ы сл полученного результата, выяснить, почему получилось именно это зн ачение иском ой величины, как изм енится результат, если и зм ен ить значение того или иного парам етра технического объекта.

П ри вы полнении операци и IV —4 необходимо не только выяснить условия, при которы х задача им еет реш ение, но и разобраться, по — чему при других условиях задача реш ения не имеет, технический объект действовать не будет. Ж елательно такж е попы таться н а ­ чертить другую схему объекта (прибора, м еханизм а и т. д.), которы й мож ет быть использован вместо объекта, рассм отренного в задаче, выявить достоинства и недостатки различных конструкций.

6.3. О сновны е этапы ф орм ирования у учащ ихся ум ения реш ать задачи с производственно —техническим содерж анием Ф ормирование у учащ ихся ум ения реш ать задачи с произ — водственно —техническим содерж анием, так ж е как и в случае с з а ­ дачами межпредметного содерж ания, происходит в рам ках ф о р м и ­ рования умения реш ать учебные ф и зические задачи и вклю чает те ж е 9 этапов (5.2).

Следует иметь в виду, что на начальных этапах (с первого по четвертый) учащ имся можно предъявлять для реш ения задачи с производственно —техническим содерж анием, несущ им лиш ь и н ­ ф ормационную функцию. Технические детали не долж ны заслонять, маскировать ф изическую сущность задачи. П риведем прим еры таких задач.

Задача 64. Стрелка спидометра движ ущ егося автомобиля н а х о ­ дится в течение двух минут на отметке 72 км /ч.

К ак движ ется автомобиль в этом интервале врем ени? К акое расстояние он п р о ­ ходит за это время?

Задача 65. Д есять опор О станкинской телебаш ни установлены на фундаменте.

Площадь горизонтального сечения каж дой опоры 4,7 м.

М асса баш ни 32000 т. О пределить давление баш ни на фундамент.

Задача 66. Площадь поршня велосипедного насоса 7 см 2.

С какой силой человек действует на поршень, если воздух из насоса поступает в камеру под давлением 1,5 х 105 Па?

Задача 67. Н а рис.

16 показан гидроцилиндр 1 с порш нем 2.

Ж идкость 3 нагнетается в цилиндр по шлангу 4 под давлением 500 кПа, площадь порш ня 100 см 2. Какую работу соверш ает гидро — цилиндр при перем ещ ении порш ня на 30 см? Где применяю тся гидроцилиндры?

Задача 68. На рис.

17 показаны ры чаж ны е весы, состоящ ие из градуированного рычага 1, гири 2, рычага 3. Какова масса тела, находящ егося на чаш ке весов, если расстояния АО и ОС равны соответственно 10 и 4 см, а м асса гири 5 кг?

\ Рис. 17 Рис. 16 Задача 69. В кабине бен зовоза им еется надпись: "При наливе и сливе горю чего обязательно вклю чить заземление". Почему н е ­ обходимо соблю дать данное требование ?

На четвертом этапе ф орм ирования у учащ ихся умения решать учебны е ф и зи ч ески е задачи мож но предлагать для реш ения задачи, связанны е с м еханизм ам и, в работе которы х используется не одно, а несколько ф и зи ч ески х явлений, однако и в этом случае технические детали схем ы м еханизм а не долж ны затруднять ф изический анализ задачи. П риведем прим еры таких задач.

Задача 70. На рис.

18 показана схема поплавкового указателя уровня топлива. Н азовите основны е детали данного указателя и объ ясните принцип его действия.

Задача 71. Н а рис.

19 показана электрическая схема устройства, предназначенного для автоматического поддерж ания температуры (например, в аквариум е). С хема содерж ит контактный термометр 1, электром агнитное реле 2, нагревательны й элемент 3. Как работает это устройство?

На последую щ их этапах происходит ф орм ирование у учащихся управляю щ их действий обобщ енной структуры деятельности по р е ­ ш ению учебны х ф изических задач (реализую щ ие действия должны быть сф орм и рованы на четвертом этапе), поэтому начиная с пятого этапа учащ им ся м ож но предъявлять задачи, реш ение которых т р е ­ бует как анализа ф изических явлений, используемых в работе рас — сматриваемого механизма, так и понимания принципа действия его узлов и деталей. Рассмотрим примеры таких задач.

Задача 72. В качестве противоугонного устройства в автомобиле может быть использован электромагнитны й клапан, откры ваю щ ий или перекры ваю щ ий топливопровод.

Схема такого клапана показана на рис. 20. О сновные детали клапана: обмотка электромагнита 2, подвижный якорь 3, запираю щ ий к\ап ан 4, седловина ж иклера 5, пруж ина 1. С трелки на рисунке показы ваю т направление движения топлива. О бъясн ите принцип действия электромагнитного клапана.

–  –  –

Задача 73. На рис.

21 показана схема электрической сигнализации падения давления масла в систем е см азки двигателя. Датчик д а в ­ ления состои т из неподвиж ного 5 и подвижного 4 контактов, т о л ­ кателя 3, пруж ины 2, корпуса 1. На схеме показаны такж е: масло 6, сигнальная лам почка и аккум уляторная батарея. О бъясните принцип действия данной электрической цени.

Рис. 21 При реш ении этих задач необходимо не только прим енять знания ф изики, но и понимать назначение всех деталей, указанны х на р и ­ сунках, а такж е представлять взаим одействие пруж ины с якорем под действием магнитного поля обмотки электром агнита (в задаче 72) и пружины с толкателем под действием давления масла (в задаче 73);

кроме того, надо представлять располож ение полостей в электро — магнитном клапане (т. е. понимать р азр ез детали), видеть эл ек т р и ­ ческую цепь и представлять движ ени е подвиж ного контакта в д а т ­ чике давления масла.

Па различных этапах обучения учащ ихся ум ению реш ать учебны е ф изические задачи можно использовать задания по составлению задач (3.3) П риведем несколько прим еров таких заданий.

Зад ан и е 22. Составьте задачу по рис. 22.

З ад ан и е 23. С оставьте задачу по рис. 23. Н а рисун ке показаны резец строгального станка 1 и обрабаты ваем ая деталь 2. Д виж ен ие резца считать равномерным, причем 2,.

–  –  –

Задание 24. На рис. 24 показана плотина электростанции 1, в о с ­ новании которой имеется труба 3 диаметром d для аварийного сброса воды. Труба перекры та щитом 2. С оставьте задачу по этому рисунку.

Задание 25. Одним из основных устройств систем ы охлаж дения двигателя является радиатор. Составьте задачу, описы ваю щ ую о х ­ лаж дение воды в радиаторе, причем проверка единицы изм ерения искомой величины долж на осущ ествляться по ф орм уле Задание 26. О сновны е детали ручной дрели: упор 1, рукоятка 2, ш естерни 3, 4, 5, 6 и патрон 7 (рис. 25). Составьте задачу по рис. 25.

И м ейте в виду, что реальная частота вращ ения рукоятки не более 180 об оротов в мин, а сверла — до 50 оборотов в с.

Рис. 24

Задание 27. Н а рис. 26 показана схем а гидравлической тормозной систем ы автомобиля, состоящ ей из педали 1, ш тока 2, порш ней 3 и 4, торм озны х колодок 5, торм озного барабана 6. Составьте задачу на вы числение силы трения, действую щ ей на торм озной барабан.

Задание 22 можно использовать на первом этапе обучения у ч а ­ щихся реш ению задач с целью ф орм ирования ум ения выделять э л е ­ ментарные условия и требования задачи.

Задания, аналогичные заданию 23, м ожно использовать на втором этапе обучения учащ ихся реш ению задач. У казанны е на рисунке характеристики показываю т, численны е значения каких величин надо задать в условии задачи. Задания такого вида м ож но использовать для ф орм ирования умения выполнять операцию III —3.

Для ф орм ирования умения выполнять операции III —2 и III —3 на третьем этапе обучения можно использовать задания, аналогичны е заданию 24. При выполнении этого задания и последую щ ем реш ении задачи необходимо составить систем у уравнений, вклю чаю щ ую ф о р ­ мулы: давления на глубине жидкости, плотности, площ ади круга.

Задания, аналогичные заданию 25, можно использовать на ч е т ­ вертом этапе обучения с целью ф орм ирования операции III —4.

Задания типа задания 26 мож но использовать на пятом этапе с целью ф орм ирования умения выполнять операцию проверки на р е ­ альность (IV —3).

Задания, аналогичные заданию 27, могут прим еняться на ш естом этапе с целью ф орм ирования ум ения выполнять операцию И—1, так как для выполнения этого задания учащ иеся долж ны привлечь з н а ­ ния не только текущ его материала, но и ранее изученных разделов и тем.

Задания по составлению задач с производственно —техническим содерж анием можно использовать и на последую щ их этапах ф о р м и ­ рования у учащ ихся умения реш ать учебны е ф и зи ч ески е задачи.

6.4. О собенности деятельности учителя по обучению учащ ихся умению реш ать задачи с производственно —техническим содерж анием Выше мы говорили о методике реш ения задач с п р о и зво д ­ с т в ен н о -т е х н и ч е с к и м содерж анием, касались и вопросов методики обучения учащ ихся умению реш ать задачи этого вида. Н иж е мы остановимся на проблеме создания системы задач с п рои звод ст­ венно —техническим содерж анием.

Небольш ое количество задач с производственно —техническим содерж анием встречается в различны х сборниках задач. И меется и сборник задач по ф и зи к е с техническим содерж анием И.М.Ни — замова, в котором приведено больш ое количество задач по програм ­ ме курса ф и зи к и П —Ш классов, О днако учителю ф изики не обойтись реш ен ием только готовых задач, он долж ен уметь с о ­ ставлять задачи на основе различных пособий, учебников, т е х н и ­ ческой литературы. Больш ие возм ож ности для составления задач с производственно —техническим содерж анием представляет Э нци кло­ педия м еханизм ов соврем енной техники И.И.Артоболевского. А нали­ зируя литературу, учитель долж ен выделить наиболее общ ие и часто встречаю щ иеся узлы различны х маш ин или механизмы, действие к о ­ торы х м ож но объяснить на основе знаний учащ ихся того или иного класса. П ри анализе узлов или механизмов необходимо использовать три основны х вопроса: "На каком ф изическом явлении основано устройство и принцип действия м еханизма? Каковы основные д е ­ тали м еханизм а? К ак действует данный механизм?". На основе полу­ ченных ответов учитель м ож ет сделать вывод о возможности с о с ­ тавления задачи на основе данного механизма.

При составлении задач с производственно —техническим со д ер ­ ж ан ием (или использовании заим ствованны х задач) необходимо у ч и ­ тывать, на каком этапе обучения умению реш ать задачи находятся учащ иеся. Т ак как при реш ении задач с производственно —т е х н и — ческим со держ анием используется не только ф изическая, но и т е х ­ н ическая терминология, то необходимо оценивать доступность т е х ­ нических терм и нов для учащ ихся конкретного возраста и стараться, чтобы текст задачи не был излиш не перегруж ен такими терминами.

Н екото р ы е достаточно слож ны е механизмы можно использовать для составлени я нескольких задач, предъявляемы х учащ имся на р а з ­ ных этапах обучения. Н апример, схему гидравлической тормозной систем ы автом обиля (рис. 26) можно использовать для составления следую щ их задач.

Задача 74. Н а рис.

27 показана часть торм озной системы а в т о ­ мобиля, состоящ ая из трубки 1, по которой в цилиндр 2 с порш нями 3 подается под давлением торм озная жидкость. Тормозны е колодки 4 связаны с порш нями, а на торм озной диск 5 надето колесо. Как р а ­ ботает гидравлическая торм озная система автомобиля?

Задача 75. На рис.

27 показана часть гидравлической тормозной системы автомобиля. По трубке 1 торм озная ж идкость подается под давлением в цилиндр 2 с порш нями 3. П орш ни действую т на т о р ­ м озны е колодой 4, а на торм озной диск 5 надето колесо. Див метр порш ней 2 см ( давление жидкости в цилиндре 800 к Н / м 2. Как р а б о ­ тает тормозная система? Какая сила действует на тормозную к о ­ лодку?

Задача 76. На рис.

26 показана схема гидравлической тормозной системы автомобиля, состоящ ей из педали 1, ш тока 2, порш ней 3 и 4, тормозны х колодок 5, н а х о ­ дящ ихся в тормозном цилиндре, и тормозного барабана 6.

Как работает торм озная сис — Рис. 27 стема? К акая сила трения д ей ств у ­ ет на тормозной барабан, если в о ­ дитель наж им ает на педаль с силой 200 Н, диам етр порш ня 3 20 мм, а диаметр порш ня 4 24 мм? К оэф ф ици ен т трения торм озны х колодок о тормозной барабан 0,8.

Задачу 74 мож но использовать на первом или втором этапах обучения учащ ихся умению реш ать учебны е ф и зические задачи, задачу 75 — на втором, а задачу 76 — на ш естом этапах обучения.

В заклю чение приведем примеры задач с производственно — техническим содерж анием по некоторы м ^емам курса ф изики.

Задачи по теме "Д авление т верды х т ел, жидкостей и газов”.

Задача 77. На рис 28.

показана схема регулятора давления, и с ­ пользуемого на неф те - и г а зо ­ проводах.

Регулятор содержит:

заслонку 1, блок 2, трубопровод 3, трубку 4, трос 5, груз 6, колокол 7.

Какой ф изический закон и сп о л ь­ зуется в данном механизме? Как действует регулятор при в о зр а с ­ тании давления в трубопроводе?

Задача 78. О бъясните принцип действия барометра —анероида (рис.

29), состоящ его из гоф рированной коробки 1, нити 2, пружины 3, стрелки 4 и диска 5.

Задача 79. И зучите устройство порш невого насоса, схема к о ­ торого показана на рис.

30. О бъясните, как происходит подъем ж и д ­ кости с помощ ью такого насоса. К акое ф изическое явление леж ит в основе действия насоса? П очему ж идкость льется прерывистой струей ?

–  –  –

Задачи по т еме "Элект рические я влен и я ".

Задача 85. На рис.

36 показан механизм электрического к о н ­ трольного изм ерителя ш лифовального станка. Н азовите основные детали данного механизма. О бъясните, как действует этот механизм.

Как м ож но м одернизировать рассм атриваем ы й механизм, чтобы с его помощ ью было возм ож но автоматически отключать шлифовальный станок?

Задача 86. На рис.

37 и зоб раж ен механизм электрического к о н ­ трольного изм ерителя разм еров изделия. Н азовите основные детали этого м еханизм а и объясните принцип его действия. Ток какой силы течет по лам почке и какая мощ ность вы деляется на ней в момент изм ерения нестандартной детали, если напряж ение, создаваемое ис точником тока, 220 В, а сопротивление нити накала лампочки 484 Ом?

Задача 87. Н азовите основны е детали и объясните принцип действия поплавкового указателя уровня жидкости, схема которого и зображ ена на рис.

38. К акую мощ ность потребляет электрическая цепь и какую силу тоіса показы вает амперметр, если напряж ение на клеммах источника тока 12 В, сопротивление реостата 30 Ом, а его движ ок находится посередине обмотки?



Pages:   || 2 |
Похожие работы:

«УДК 378 ОСОБЕННОСТИ ПЕДАГОГИЧЕСКОГО СОПРОВОЖДЕНИЯ ОБУЧАЮЩИХСЯ В КОНТЕКСТЕ РАЗЛИЧНЫХ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ ПОДХОДОВ 1Ульянова И.В., 2Свинарева О.В. ФГКОУ ВПО «Московский университет Министерства внутренних дел Российской Федерации имени В.Я. Кикотя», Москва, e-mail: iva2958007@mail.ru; Рязанский филиал Ф...»

«Л.Н. Синельникова Луганский национальный университет, г. Луганск ДИСКУРСИВНОЕ ПРОСТРАНСТВО ЛИНГВОКУЛЬТУРНОГО ТИПАЖА «ПРОФЕССОР» DISCURSIVE SPACE OF LINGUA-CULTURAL TYPE “PROFESSOR” Ключевые слова: лингвоперсонология, лингвокультурный типаж, элита, интеллиген, учител...»

«ОГЛАВЛЕНИЕ: 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ – СЕКСОЛОГИЯ ДЕТСКОГО И ПОДРОСТКОВОГО ВОЗРАСТА, ЕЕ МЕСТО В СТРУКТУРЕ ОСНОВНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ПРОГРАММЫ...3 2. КОМПЕТЕНЦИИ ОБУЧАЮЩЕГОСЯ, ФОРМИРУЕМЫЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ – СЕКСОЛОГИЯ ДЕТСКОГО И ПОДРОСТКОВОГО ВОЗРАСТА.3 3. ОБЪЕМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ.5 4.СО...»

«Министерство образования Республики Беларусь УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ «ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ» ИРЕНА БОРЕЦКА Б И Б Л И О Т Е РА П И Я Лекции для студентов педагогических специальнос...»

«ЦЕЛИ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ИТОГОВОЙ АТТЕСТАЦИИ 1. Целью государственной итоговой аттестации является проверка сформированности компетенций у выпускника программы подготовки кадров высшей квалифика...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского» Балашовский институт (филиал) Кафедра педагогики и м...»

«ВРУБЛЕВСКИЙ ЕВГЕНИЙ ПАВЛОВИЧ ИНДИВИДУАЛИЗАЦИЯ ПОДГОТОВКИ ЖЕНЩИН В СКОРОСТНО-СИЛОВЫХ ВИДАХ ЛЕГКОЙ АТЛЕТИКИ 13.00.04 – теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной физической культуры Автореферат диссер...»

«Министерство образования и науки РФ Казанский (Приволжский) федеральный университет Институт психологии и образования И.Ф. Яруллин Теоретическая педагогика Конспект лекций Казань – 2014 Яруллин И.Ф. Теоретическая педагогика: Конспект лекций / И.Ф. Яруллин; Казанский (Приволжский) федеральный...»

«Российская академия естественных наук Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина М.С.Гончаренко, Н.В.Маслова, Н.Г.Куликова НООСФЕРНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ – КЛЮЧ К ЗДОРОВЬЮ Харьков, 2011 Российская академия естественных наук Харьковский национальный университет им. В.Н...»

«Муниципальное бюджетное образовательное учреждение дополнительного образования детей «Центр детского творчества» Методическая разработка на тему «Дыхание – как основа пения»Автор: Кулькова Екатерина Васильевна педагог дополнительного образования Нижний Новгород 2013 г. Содержание. Введение. Кратк...»

«УДК 37 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ИЗУЧЕНИЮ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ СПОСОБНОСТЕЙ И ИХ РАЗВИТИЮ А.А. Вахобов, студент Ташкентский государственный педагогический университет (Ташкент), Узбекистан Аннотация. В статье рассматривается теоретические подходы к изучению педагогич...»

«Учреждение образования «Белорусский государственный педагогический университет имени М.Танка Факультет психологии МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО НАПИСАНИЮ КУРСОВЫХ РАБОТ ДЛЯ СТУДЕНТОВ 3-ГО КУРСА СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ПСИХОЛОГИЯ», «ПРАКТИЧЕСКАЯ ПСИХОЛОГИЯ. ИНОСТ...»

«1 СОДЕРЖАНИЕ 1. ПАСПОРТ ПРОГРАММЫ 3 2. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА 4 3. УЧЕБНЫЙ ПЛАН. СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ 9 4. МОНИТОРИНГ РЕЗУЛЬТАТОВ ОСВОЕНИЯ ПРОГРАММЫ 29 5. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ 31 6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 32 ПАСП...»

«Практическое занятие с родителями детей раннего и младшего дошкольного возраста «Роль игры в жизни малыша»Подготовила: старший воспитатель МДОБУ Д/с комбинированного вида « Солнышко» Пойманова Л.Г. Цель: повышение психологической компетенции родителей по вопросу выбора и о...»

«Федеральный государственный стандарт начального общего образования, 2011-2012 учебный год Промежуточные образовательные результаты на конец первого класса Информация для педагогов Подходит к концу 2...»

«ПРИМЕНЕНИЕ СРЕДСТВ МУЛЬТИМЕДИА В КУРСЕ ТЕОРИИ МУЗЫКИ (СПЕЦИАЛЬНОСТЬ ЭСТРАДНО-ДЖАЗОВОЕ ПЕНИЕ) Шпак Н.А. Ростовская государственная консерватория (академия) им. С.В. Рахманинова Ростов-на-Дону, Россия Демина В.Н. Ростовская государственная консервато...»

«УДК 376 ПРОБЛЕМА ОБУЧЕНИЯ ДЕТЕЙ С НАРУШЕНИЯМИ РЕЧИ В КОНТЕКСТЕ ИХ ОСОБЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПОТРЕБНОСТЕЙ © 2012 Г. В. Чиркина докт. пед. наук, профессор e-mail:chirkina_gv@mail.ru Институт коррекционной педагогики РАО Москва Переход к интегративным формам обучения детей с...»

«Электронный журнал «Психологическая наука и E-journal «Psychological Science and Education образование psyedu. ru» psyedu.ru»2015. Том 7. № 1. С. 48–55. 2015, vol. 7, no. 1, pp. 48–55. ISSN: 2074-5885 (online) ISSN: 2074-5885 (online) Формирование коммуникативной компетентности у младших школьни...»

«Развитие внимания у дошкольников Будь внимательнее! эта фраза все чаще сопровождает растущего ребенка и дома, и в детском саду, и даже во время прогулок на улице. Не отвлекайся, а то кашу мимо рта пронесешь! шутит бабушка, наблюдая, как ложка в руке внука, уставившегося в экран телевизора, замерла на полпути от конечной цели. Почему у...»

«Особенности формирования самооценки в младшем школьном возрасте Габелия Т.К. Кубанский государственный университет Россия, Краснодар Features of formation of self-esteem in elementary school age Gabeliya T.K. Kuban state University Russia, Krasnodar...»








 
2017 www.pdf.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - разные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.