Методика решения задач электродинамики в курсе физики основной школы | Нугаева Варвара Юрьевна . Работа №355311

Нугаева В.Ю.

Методика решения задач электродинамики в курсе физики основной школы
Школьный курс физики всегда являлся одним из сложных, его главная задача заключается в развитии мышления учащихся, формировании у них умения самостоятельно приобретать знания, наблюдать и объяснять физические явления, формировании познавательного интереса к физике и технике, развитии творческих способностей, осознанных мотивов учения; подготовке к продолжению образования, и сознательному выбору профессии.

Основываясь на федеральном государственном образовательном стандарте основного общего образования, можно сказать, что показателем успешного овладения теоретическим материалом является умение применять его на практике, в условиях курса физики, такую возможность нам дает физическая задача. Решение и анализ задачи позволяют понять и запомнить основные законы и формулы физики, создают представление об их характерных особенностях и границах применение. Современная физическая задача должна выступать инструментом не только для формирования практических умений у учащихся, закрепление теоретического материала, но и для развития у учеников личностных качеств, таких как, логическое мышление, сообразительность, внимательность, умение анализировать, усидчивость и др. В ФГОС по учебному предмету «Физика» включено требование о формировании умений у учащихся решать расчетные задачи с явно заданной и неявно заданной физической моделью, применяя законны, закономерности физических теорий при использовании математических методов решения задач. В первую очередь упоминается о необходимости формирования умение анализировать, умение обрабатывать полученную информацию различными способами и умения самостоятельно находить верный путь решения физической задачи. Для выполнения современных требований необходимо исследовать современные способы решения задач по физике.

Одной из основных причин неудач в освоении школьного курса физики считается-неумение решать задачи. Неумение решать задачи часто ведет за собой невыполнение домашнего задания. Такое состояние вызвано отсутствием побудительных мотивов, познавательного интереса учащихся. Так же неумение решать задачи следует из непонимания сущности физической задачи, и отсутствия четких требований к способам формирования умения решать задачи.

Физические задачи делятся на три основных вида:

Экспериментальные

Графические

Текстовые

В данной работе остановимся на текстовых задачах по физике.

Текстовые задачи - это один из самых древних видов задач. Тестовые задачи применялись еще в древние времена, об этом свидетельствуют сохранившиеся письменные памятники. Текстовые задачи содержат в себе некий жизненный сюжет (явление, процесс, событие), главной целью таких задач является нахождение определенных количественных характеристик или значений. Эти задачи имеют и другие названия: сюжетные, практические, аналитические и т.д.

Задача школьного курса физики состоит в необходимости показать, как законы физики или физические явления, влияют на окружающие нас тела, как они применяются на практике. Выполнению этой задачи способствует применение текстовых задач.

В процессе решения сюжетных задач формируются умения и навыки моделирования реальных объектов и явлений.

Текстовая задача-задача имеющая словесное содержание, причем условие содержит в себе все необходимые данные кроме физических постоянных. Данные задачи условно делятся на два вида: задача-вопрос (качественная задача), расчетные (количественные) задачи.

Качественная задача по физике, представляет собой ситуацию-вопрос, ответ на который можно получить только в ходе логических умозаключений. Стоит отличать качественные задачи по физике от вопросов по пройденному материалу. Ответ на вторую форму проверки знаний можно найти в учебнике, в изученном параграфе, ответить на вопрос качественной задачи, можно только в результате рассуждений, основанных на физические законы.

Количественные задачи по физике – задачи, при решении которых устанавливаются количественные зависимости между физическими величинами. Решение количественных задач требует от учащихся точности в применении физических законах и формулах.

Для решения текстовых задач необходимо хорошее знание курса физики, но чаще всего этого недостаточно. Некоторые случаи требуют не только теоретические знания, но и особые практические навыки, специальные методы, приемы необходимые для решения определенных групп задач. Знания о таких навыках приобретаются в процессе решения физических задач. Иногда эти знания не усваиваются вовсе, иногда осваиваются только в конце изучения школьного курса физики. Тогда главным, для достижения успехов в решении является способность аналитического мышления, т.е. умение рассуждать, устанавливать закономерности, делать на основе их выводы. Поэтому основной целью учителя является, не просто дать готовое решение задачи, получить верный ответ, а показать, используя разные методы как можно прийти к верному решению. Процесс решения задачи похож на небольшое исследование.

Решение любой текстовой физической задачи можно разделить на три главных этапа:

Физический

Математический

Анализ решения

Каждый из них представляет совокупность операций, по которым можно судить о его выполнении при решении задачи.

      В связи с введением ЕГЭ и ОГЭ по физике повышаются требования к умению учащихся самостоятельно решать задачи. Умение решать задачи приобретается длительными и систематическими упражнениями. Решение физических задач – одно из важнейших средств развития мыслительных, творческих способностей учащихся. Основным недостатком в сдаче экзамена является неумение решать задачи, даже при правильной формулировке физических законов. Опыт показывает, что многие учащиеся и выпускники школ испытывают большие трудности в решении даже стандартных типовых задач. Отсутствие у школьников умений решать задачи создает у них отрицательное отношение к физике, разрушает интерес, подрывает веру в собственные силы.

Решение задач на уроках физике чаще всего принимает традиционную форму: один из учащихся решает задачу у доски, остальные переписывают решение задачи в тетрадь. Обычно, применение такой формы не дает больших успехов. В большинстве случаев, решение задачи понимает только решающий у доски ученик. Чтобы избежать такого результата, при решении задач на уроках физики рекомендуется применять различные способы формирования у учащихся умений решать текстовые физические задачи.

Многие педагогические исследования показывают особую значимость понимания условия задачи. Так, в исследованиях Л.А.Ларченковой, посвященных решению задач как средству реализации требований к современному физическому образованию, подчеркивает, что этап предварительного анализа условия задачи является неотъемлемым компонентом ее решения. Стоит полностью согласиться с этим мнением, ведь, затруднения при решении текстовых задач могут возникнуть уже на первом шаге решения-анализе условия задачи. Чаще всего они вытекают из следующих причин:

1) неумение учащихся объяснять физические явления (недостаточно теоретических знаний предметных знаний)

2) неумение находить закономерности, переформулировать условие своими словами, и ответить на поставленные к нему вопросы.

3) незнание терминов и понятий используемых в условии задачи.

Подходы к разрешению данных проблем, будут определять способы формирования у школьников умений понимать условие текстовых задач по физике.

 

Таблица №3

Подход

Умение необходимые для осуществления подхода

Уровни сформированности данного умения

Семантический

Проведение смыслового анализа условия задачи, с помощью единиц физического языка.

 

Раскрытие понятий физических терминов.

Определение связи словосочетаний.

Отбор существенных физических свойств объектов задачи.

Когнитивный

Определение связи между компонентами задачи и изученным материалом в курсе физики.

 

Верное определение раздела физики к которому относится данная задача.

Выделение физического явления в задаче по внешним признакам и соотнести его с физическим законом.

Знание физических величин, используемых в задаче, и их единиц измерения.

Умение определить параметры, описывающие явление, и на их основе оценить протекание процесса.

Лингвистический

Представление задачи на более понятном для учащихся языке.

Умение переформулировать условие задачи «своими словами», поставить вопрос к получившейся формулировке.

Умение представить полученную информацию из условия задачи в виде изученного закона, формулы.

Умение представить информацию в виде схемы, рисунка, графика.

Данная классификация подходов к решению проблем, возникающих при анализе условия физической задачи, дает нам возможность выделить умения необходимые учащимся на первом этапе решения текстовых задач по физике.

На основе данных умений можно определить способы их формирования, следовательно, способы формирования умения понимать условие задачи.

Способы формирования умения понимать условие физической задачи:

1. Организация совместной работы школьников и учителя по наполнению словаря по переводу бытовых терминов в физические новыми терминами.

2. Выполнение учащимися упражнений по формированию умения выделять существенные и несущественные признаки предметов, явлений.

3. Проведение физических диктантов.

4. Составление школьниками вопросов по тексту задачи и ответы на вопросы по тексту задачи, поставленные учителем.

5. Работа учащихся со справочным материалом.

6. Работа школьников с терминами-омонимами.

7. Применение контроля уровня сформированности умения понимать условие физической задачи.

Когда условие задачи понятно, стоит перейти к следующему этапу - найти инструмент для решения задачи и правильно его применить. Анализ литературы показал, что наиболее эффективными способами формирования умений решать текстовые физические задачи, являются, алгоритмический и эвристический.

Алгоритмический способ, представляет строгую форму решения физических задач. Он основан на применение алгоритмов. Такой подход обращает внимание ученика, на: значимость структуры решения задачи, точность в последовательности действий, применение физических законов. Главный минус такого подхода в том, что выполняя каждую операцию алгоритма, ученик имеет определенные рамки в ходе рассуждений, эти рамки способствуют слабому развитию творческого мышления при решении текстовых задач по физике.

Алгоритм для решения качественных задач.

Задача: Возьмите стакан, положите на него сверху лист плотного картона, а на него-монету. Ударьте по листу щелчком. Как вы думаете почему лист отлетает, а монета падает в стакан?

Внимательно ознакомиться с условием задачи;

Выяснить, какие тела взаимодействуют;

Лист картона, монета, стакан.

Выяснить, о каком физическом явлении или группе явлений идет речь;

Инерция

Выяснить состояние тела при начальных условиях;

Все тела до удара листа находились в состоянии покоя.

Выяснить, что происходит с физическими телами в результате действия физического явления (например, изменение формы, объема или агрегатного состояния, а также силы, возникающие при этом);

При ударе лист картона приобретает скорость, быстро и кратковременно приходит в движение

Выяснить, как это сказывается на взаимодействующих телах;

При ударе лист отлетает, монета не меняет своего положения, но из-за отсутствия опоры падает в стакан.

Ответить на вопрос задачи.

Взаимодействие между листом и монеткой, при приобретение листом скорости очень мало, сила трения не успевает сообщить монете достаточную скорость.

 Алгоритм решения количественных задач.

Задача: Имеется проводник сечением 1,5, за 0,6 с через него проходит электронов. Определите плотность тока.

Записать кратко условие задачи в виде «Дано»

Дано:

 

 

 

Найти:

 

Перенести размерность физических величин в систему «СИ»

м

3. Выполнить анализ задачи (записать какое физическое явление

рассматривается в задаче, сделать рисунок, обозначить на рисунке все

известные и неизвестные величины, записать уравнения, которые описывают

физическое явление, вывести из этих уравнений искомую величину в виде

расчетной формулы)

По определению плотность тока j равна отношению силы тока I на площадь поперечного сечения проводника S, то есть:

Сила тока I – это количество заряда, протекающего через проводник в единицу времени, то есть ее можно найти по формуле:

Очевидно, что протекший заряд * равен произведению заряда электрона на их количество, то есть:

 

Заряд электрона e (вернее модуль заряда) равен 1,6·10-19 Кл. Подставим(3) в (2) тогда:

 

Полученное выражение подставим в

Сделать проверку размерности расчетной формулы

 

Сделать вычисления по расчетной формуле

 

6. Анализ полученного результата (Может ли быть такое с точки зрения

здравого смысла?)

7.Записать ответ задачи

Ответ:

Приведенные выше алгоритмы считаются общей моделью решения физических задач. Расширение изучаемого материала, введение новых разделов, многообразие типов задач, требуют становление частных алгоритмов решения физических задач.

Эвристический способ, основан на интуитивном решении физических задач. Методы данного способа имеют способность развивать творческое мышление при решении физических задач. Приведем некоторые из них:

Таблица №4

Метод

Особенности метода

Метод вживания

с помощью чувственно-образных и мыслительных представлений человек пытается «переселиться» в изучаемый объект, как бы почувствовать и познать его изнутри

Метод смыслового видения

Концентрация внимания на изучаемом объекте позволяет понять (увидеть) его причину, заключенную в нем идею, внутреннюю сущность. Для его применения необходимо создание определенного настроя. Могут задаваться вспомогательные вопросы: «Какова причина этого объекта, его происхождение?». «Как он устроен, что происходит у него внутри?». «Почему он такой, а не другой?».

 

Методологические методы

Взгляд на проблему в целом, аналогия и опора на предыдущие решения, поиск и учет симметрии, опора на сохраняющиеся величины, взгляд из разных систем отсчета и с разных сторон, представление в виде суперпозиции.

Метод «Если бы……»

Составляется описание или рисуется картина о том, что произойдет, если в мире что-либо изменится – увеличится в 10 раз сила гравитации и т.д. Подобный метод не только развивает способность воображения, но и позволяет лучше понять устройство реального мира, его фундаментальные физические основы.  

Методы переконструирования задачи

Разделение задачи на подзадачи, периодизация процесса, включение и исключение промежуточных процессов, решение обратной задачи).

Основная идея этих методов заключается в том, что для установления искомой зависимости между физическими величинами, анализ которой позволил бы дать ответ на вопрос задачи, предлагается её переконструировать, т.е. изменить структуру системы, рассматриваемой в задаче.

 

Метод синектики

Метод Гордона: основан на использовании различного вида аналогий (словесной, образной, личной), инверсии, ассоциаций. В начале обсуждаются общие признаки проблемы, выдвигаются и отсеиваются первые решения, генерируются и развиваются аналогии, Используются аналогии для понимания проблемы, выбираются альтернативы, ищутся новые аналогии, затем возвращаются к проблеме

 

Применяя те или иные методы, учитель должен предполагать, что ученик может и должен получить свое собственное решение творческой задачи. И это «добытое» знание можно преобразить  и обогатить, но ни в коем случае не отвергать. Такой подход и будет эвристическим, от греческого слова «эвристика», что означает «нахожу».  

После определения, на мой взгляд, наиболее эффективных способов формирования умений решать физические задачи, мной была составлена система формирования у учащихся умений решать текстовые физические задачи на основе алгоритмического и эвристического подходов. Применение этих подходов обусловлено выявленными у учащихся причинами затруднений при решении текстовых задач по физике.

Таблица №5

Причина

Пути устранения

Мне трудно понять условие задачи

Применение структуры для понимания условия задачи.

Мне трудно применять изученные законы, свойства и формулы при решении задач

Решение разноуровневых задач, начиная с элементарного применения формулы

Представление и объяснения проявления закона или явления в обратной задаче

Решение качественных задач

Применение задач разных видов

Задачи с выбором ответа

Задачи на соответствие

Задачи с развернутым ответом

Задачи с кратким ответом

Мне трудно определить шаги решения задачи, не всегда могу понять с чего начать решение

Решение пар подобных задач

Формирование навыка составлять самостоятельно алгоритм решения задач: дать готовое решение и попросить обучающихся объяснить каждое выполненное действие

Решение задач по готовому алгоритму.

 

Рассмотрим альтернативу привычному методу решения задач в классе. В ее основу входит решение задач эвристическим и алгоритмическим способом. При таком подходе для учеников доступен общий алгоритм решения физических задач. Рассмотрим этапы алгоритма и шаги его выполнения:

Понимание условия задачи

1) Внимательно прочитай условие задачи и уясни основной вопрос, представь процессы и явления, описанные в задаче.

2) Повторно прочитай условие задачи, для того, чтобы чётко представлять основной её вопрос, цель её, заданные величины, опираясь на которые можно вести поиск решения.

3) Произвести краткую запись условия задачи с помощью общепринятых буквенных обозначений.

Для выполнения этого шага необходимо знать обозначения физических величин, уметь переводить их значения в систему СИ. Для формирования этого умения приведем соответствующий алгоритм:

Алгоритмом для определения производных единиц физических величин.

1. Напиши формулу, выражающую связь величины, единицу которой надо

определить, с другими величинами, их единицы уже известны и являются

исходными.

2.получается новое сочетание единиц, даём ему название.

3.Вводим краткую запись обозначения.

Данный этап является основным при решении. Задачи этого этапа:

достичь физического понимания задачи;

выявить описанные в задаче физические законы, явления, свойства;

определить возможный ход решения задачи.

Формировать навык обучающихся понимать и объяснять условие задачи возможно используя следующую структуру:

1. Знакомство с явлениями их видимыми особенностями. Осуществляется оно через чтение условия задачи, анализ рисунка, постановку опыта и т.д.

2. Составление рассказа об увиденном, услышанном Ученик ознакомившись с данными явления должен пересказать то, что увидел, услышал, выделив физические факты.

3. Выделение объектов (тел, частиц, его частей) определение принципа их взаимодействия, и установление их состояний.

4. Раскрытие механизма протекания явления. Требуется разбить явление, описываемое в задаче на последовательно происходящие процессы и выяснить почему они протекают и каков их результат. Это помогает выстроить логическую цепочку протекания явления, выстроенную на основе законов и теорий.

5. Краткое суммирование того, что было рассмотрено на 4-м шаге, с выделением только главного.

6.Формирование краткого вывода о сути объясняемого явления.

Для формирования навыка понимать и анализировать условие задачи удобнее использовать методы эвристического подхода такие как: метод вживания, метод смыслового видения, метод «Если бы...», перед применением любого из методов обязательно необходимо предлагать небольшую теоретическую справку, так учащимся будет легче связать свои представления с применяемым в задаче явлением.

Этап анализа задачи.

Выполни рисунок или чертёж к задаче. Следует обращать особое внимание на наличие обозначений величин, направлений.

Определи, каким методом будет решаться задача, составь план её решения.

Запиши основные уравнения, описывающие процессы, предложенные в задаче. Т.е выбери инструмент для решения задачи.

Решение задачи.

1) Найди решение в общем виде, выразив искомые величины через заданные. 2) Проверь правильность решения задачи в общем виде, произведя действия с наименованиями величин.

3) Произведи вычисления.

Этап І, Ⅱ, отличаются особой строгостью физического мышления, необходимо верно выбрать инструменты решения задачи, и определить шаги ее решения. Не ошибиться на данном этапе поможет алгоритмический подход, отличавшийся от других структурированностью.

Использование алгоритмического подхода в решении задач предоставляет возможность углублять, расширять и закреплять знания, полученные на уроках физики. Алгоритмы и примеры задач составлены на основе научно-методической литературы. Представленные алгоритмы и задачи могут быть использованы на учебных занятиях по физике, или в ходе самостоятельного обучения. Раннее нами уже давался общий алгоритм решения задач, очень важно формировать у учащихся сущность применения общих и частных алгоритмов при решении текстовых задач.

Самопроверка.

Проверь решение на наличие вычислительных ошибок

Проверь размерность величин.

3) Запиши ответ.

Можно использовать данный подход при решении задач самостоятельно или коллективно. При этом коллективное решение задач будет выглядеть следующим образом: каждый шаг решения комментируется учеником с места. Преимущество данного способа в том, что учащиеся активизированы при решении задачи, если учащемуся не удается выполнить действие, его выполняет следующий ученик. Ученик принимает алгоритм решения задачи как устоявшуюся систему, доступную для всех.