Учебный процесс по физике в 9-м классе средней школы

1. Теоретические основы методики обучения учащихся решению задач

1.1. Содержание понятия «задача»


Процесс обучения любому предмету невозможен без контроля результатов усвоения преподаваемого материала. В настоящее время разработано и используется огромное количество самых разных методов такого контроля. Оценку знаний учащихся, как правило, проводят по итогам серии испытаний.
Основным элементом заданий для контроля уровня знаний учащихся по физике и другим учебным предметам естественно-математического цикла является учебная задача. Из большой совокупности задач выделяют учебные задачи.
В самом широком смысле задачей принято считать проблему, определенную при этом как её как некая система, связанная с другой системой – человеком, решающим эту задачу. В более узком смысле физическая задача – это небольшая проблема, которая решается на основе физических методов с применением в процессе решения логических умозаключений, математических действий и результатов физического эксперимента. Условие задачи формулируется в основном словесно или письменно, но может также сопровождаться схемами, графиками, рисунками. При этом она не всегда может быть сформулирована в физических терминах, и в этом случае возникает необходимость применять соответствующие физические понятия. Физические задачи обязательной частью учебного процесса, а их решение относится к практическим методам обучения.
Существует мнение, что обучение учащихся решению задач – одна из главных задач всего учебного процесса по физике. Это, с одной стороны так, а с другой – нет. Безусловно, ученики обязательно должны решать задачи, иначе в противном случае они не освоят на требуемом уровне понятия и законы физики. Кроме того, в процессе решения задач учащиеся конкретизируют свои знания, гораздо лучше понимается сущность явлений и процессов, физические понятия и величины приобретают реальный, а не теоретический смысл, ученик приобретает способность рассуждать, выявлять причинно-следственные связи, выделять главное и отбрасывать несущественное. Решение задач позволяет избавить знания учащихся от формализма, сделать более осмысленными и осознанными.
Но при этом само по себе решение задач не должно становиться самоцелью, ни в коем случае не следует забывать основное назначение данного вида учебной деятельности – углубление теоретических знаний учащихся, развитие их мышления, формирование умения анализировать проблему, поставленную в задаче и находить пути её решения, умения творчески решать выявленные проблемы.
Существенное значение также имеет решение задач и для развития логического мышления учащихся, формирования умения делать грамотные индуктивные и дедуктивные умозаключения, использовать эвристические приёмы и различные аналогии и ассоциации. В процессе решения задач могут быть созданы и разрешены самые разные проблемные ситуации.
Обучение решению задач по физике имеет и воспитательное значение, поскольку позволяет воздействовать на воспитание личности ученика.

1.1. Содержание понятия «задача»

Процесс обучения любому предмету невозможен без контроля результатов усвоения преподаваемого материала. В настоящее время разработано и используется огромное количество самых разных методов такого контроля. Оценку знаний учащихся, как правило, проводят по итогам серии испытаний.
Основным элементом заданий для контроля уровня знаний учащихся по физике и другим учебным предметам естественно-математического цикла является учебная задача. Из большой совокупности задач выделяют учебные задачи.
В самом широком смысле задачей принято считать проблему, определенную при этом как её как некая система, связанная с другой системой – человеком, решающим эту задачу. В более узком смысле физическая задача – это небольшая проблема, которая решается на основе физических методов с применением в процессе решения логических умозаключений, математических действий и результатов физического эксперимента.
...

1.2. Основные типы задач по физике и их классификация

В самом общем случае физические задачи можно классифицировать по следующим признакам:
• содержанию (типам),
• целевому назначению,
• глубине исследования,
• способам решения,
• способам задания условия задачи,
• по степени сложности.
Рассмотрим эти признаки более подробно.
По содержанию физические задачи делятся в зависимости от рассматриваемого в них физического материала, это задачи по:
• кинематике,
• динамике;
• законам сохранения энергии;
• статике;
• молекулярной физике,
• термодинамике;
• электростатике;
• электродинамике,
• линейной оптике;
• атомной и квантовой физике.
Существуют задачи, которые содержат сведения из нескольких разделов физики, такие задачи называют комплексными или комбинированными.
По содержанию задачи также можно разделить на абстрактные и конкретные.
...

1.3.1. Методы и способы решения физических задач

Под технологией решения задач понимают совокупность приёмов и операций, выполнение которых приводит к ответу на вопрос задачи, к нахождению связи между искомыми и заданными в её условии.
В психологии процесс мышления чаще всего определяется как аналитическо-синтетический. Логические приёмы, осуществляемые при решении задач, также в себя включают анализ и синтез, которые сопровождают друг друга. В то же время аналитический и синтетический приёмы рассматривают раздельно, хотя это деление является условным.
При использовании аналитического приёма решение задачи начинают с анализа вопроса задачи и записи формулы, в которую входит искомая величина. Затем для величин, содержащихся в этой формуле, записывают уравнение, устанавливающее их связь с величинами, заданными в условии.
...

1.3.2. Алгоритмический подход к решению задач по физике

Рассмотренные в предыдущем параграфе способы решения задачи представляют собой определённую последовательность действий и могут рассматриваться как алгоритм. Он является общим и содержит последовательность действий, не зависящую от того, к какому разделу физики относится данная задача.
При этом алгоритм, который используется в обучении физики, отличается от математического (или применяемого в информатике) меньшей жёсткостью. Поэтому его следует называть алгоритмическим предписанием или предписанием алгоритмического типа.
Таким образом, алгоритмическое предписание – точное, общепринятое выполнение в определённой последовательности элементарных операций для решения любой из задач, принадлежащих к определенному классу или типу.
Работа по формированию у учащихся алгоритмического приёма решения задач может быть построена по-разному в зависимости от уровня подготовки учащихся.
...

1.3.3. Основные этапы деятельности учащихся по решению задач

Технология обучения учащихся решению физических задач в общем случае состоит из системы приёмов, реализация которых обеспечивает формирование у учащихся умений решать задачи.
Решение любой физической задачи, в свою очередь, включает несколько этапов. При обучении учащихся необходимо, прежде всего, сформировать у них представления об этих этапах и необходимости следовать им при решении задачи.
В основной школе на начальной стадии обучения школьников решению задач очень часто перевод единиц в ос­новные не требуется. В этих случаях сразу после записи «Дано» переходят к решению задачи. Несколько позже, после того, как школьники познакомятся с международной системой единиц («Си»), можно предлагать им ставить это обозначение вверху над вторым столбцом на уровне записей «Дано», «Решение».
В некоторых физических задачах не требуется проведения чис­ловых расчетов.
...

1.3.4. Использование компьютерных технологий при обучении физике

Анализ большинства современных школьных программ по физике показывает, что в таких учебных дисциплинах, как физика, использование компьютера в качестве инструментального средства мало распространено. Иными словами, школьный курс физики слабо ориентирован на применение компьютера в качестве современного инструментария и связанных с ним новых научных методов. Следовательно, существует явное противоречие между объективной необходимостью формирования у учащихся и студентов современных научных способов деятельности и реальной направленностью физического образования преимущественно на усвоение только «традиционных» методов физики-науки, в котором компьютер используется, в основном, как средство обучения.
...

2.1. Анализ основного содержания темы «Законы сохранения в механике»
Анализируя содержание заданий, предлагавшихся на централизованном тестировании, можно отметить, что одними из наиболее сложных для учеников, являются задачи на применение законов сохранения. Задачи такого плана могут относиться ко всем разделам школьного курса физики. Предлагаемый материал может быть полезен при подготовке к централизованному тестированию, а также к олимпиадам различного уровня.
Одним из самых важных и более универсальных методов решения задач в физике является метод применения законов сохранения, который успешно используется как в классической, так и в квантовой физике.
...

2.1.1. Закон сохранения импульса

Им­пуль­сом на­зы­ва­ют про­из­ве­де­ние массы тела на его ско­рость: . Им­пульс – век­тор­ная ве­ли­чи­на, на­прав­лен он все­гда в ту сто­ро­ну, в ко­то­рую на­прав­ле­на ско­рость. Само слово «им­пульс» ла­тин­ское и пе­ре­во­дит­ся на рус­ский язык как «тол­кать», «дви­гать». Им­пульс обо­зна­ча­ет­ся ма­лень­кой бук­вой , а еди­ни­цей из­ме­ре­ния им­пуль­са яв­ля­ет­ся .
Пер­вым че­ло­ве­ком, ко­то­рый ис­поль­зо­вал по­ня­тие им­пульс, был Рене Де­карт. Им­пульс он по­пы­тал­ся ис­поль­зо­вать как ве­ли­чи­ну, за­ме­ня­ю­щую силу. При­чи­на та­ко­го под­хо­да оче­вид­на: из­ме­рять силу до­ста­точ­но слож­но, а из­ме­ре­ние массы и ско­ро­сти – вещь до­ста­точ­но про­стая. Имен­но по­это­му часто го­во­рят, что им­пульс – это ко­ли­че­ство дви­же­ния. А раз из­ме­ре­ние им­пуль­са яв­ля­ет­ся аль­тер­на­ти­вой из­ме­ре­ния силы, зна­чит, нужно свя­зать эти две ве­ли­чи­ны.
...

2.1.2. Работа. Энергия. Закон сохранения и превращения энергии

Пол­ной энер­ги­ей на­зы­ва­ют сумму по­тен­ци­аль­ной и ки­не­ти­че­ской энер­гий тела.
Пол­ная ме­ха­ни­че­ская энер­гия в за­мкну­той си­сте­ме тел вза­и­мо­дей­ству­ю­щих друг с дру­гом по­сред­ством сил тя­го­те­ния или сил упру­го­сти оста­ет­ся неиз­мен­ной при любом дви­же­нии этих тел.
Рас­смот­реть со­хра­не­ние энер­гии удоб­но на при­ме­ре сво­бод­но­го па­де­ния тела с неко­то­рой вы­со­ты. Если неко­то­рое тело на­хо­дит­ся в со­сто­я­нии покоя на неко­то­рой вы­со­те от­но­си­тель­но Земли, то это тело об­ла­да­ет по­тен­ци­аль­ной энер­ги­ей. Как толь­ко тело на­чи­на­ет свое дви­же­ние, вы­со­та тела умень­ша­ет­ся, умень­ша­ет­ся и по­тен­ци­аль­ная энер­гия. При этом на­чи­на­ет на­рас­тать ско­рость, по­яв­ля­ет­ся энер­гия ки­не­ти­че­ская.
...

2.2. Научно - методический анализ раздела «Законы сохранения в механике»

Изучение законов сохранения импульса и энергии имеет огромное мировоззренческое и познавательное значение. Эти законы принадлежат к основополагающим законам природы. В отличии, например, от закона Паскаля, который справедлив лишь для жидкостей и газов и других законов, имеющих ограниченную область применения, законы сохранения энергии и импульса выполняется во всех физических процессах.
При изучении темы «Законы сохранения в механике» вводятся понятия, определяющие область их применимости.
Замкнутая система. Физическая система считается замкнутой, если внешние силы не действуют на эту систему. Однако, поскольку действие, например, гравитационных сил простирается до бесконечности, то очевидно понятие замкнутая система является весьма условным.
Это можно пояснить следующими примерами: система тел «спутник движется вокруг Земли», «электрон движется вокруг протона в атоме» и т.д.
...

2.3. Методический анализ общеобразовательных программ

Как уже неоднократно указывалось, знания по естественнонаучным дисциплина, в первую очередь, физике, являются основой научной и профессиональной квалификации любого современного инженера или специалиста в области техники [23]. Знания по физике лежат в основе почти всех общепрофессиональных и специальных. Таким образом, именно качество физического образования в значительной степени определяет уровень квалификации будущего специалиста в целом, независимо от того, где он продолжит обучение после школы – от профессионального училища до университета.
В этой связи роль и место физики как науки в общеобразовательном процессе сводится к следующему: создание целостной системы знаний, формирующей полноценную физическую картину мира, формирование умений по построению физических моделей, а также развитие научного мышления.
...

2.4.1. Решение задач на закон сохранения импульса

В данном параграфе будет рассмотрено применение законов сохранения импульса на примере решения нескольких типовых задач.
Все рассматриваемые в школьном курсе физики задачи на закон сохранения импульса и энергии предполагают наличие замкнутой системы. При этом реальные системы взаимодействия, строго говоря, не являются замкнутыми, так как сумма внешних сил почти никогда не бывает равной нулю. Однако, в ряде случаев можно сделать определенные допущения и применить закон сохранения импульса.
В частности, если система не является замкнутой, то проекция результирующей силы на некоторое направление все равно будет равной нулю, значит, в этом направлении проекция изменения импульса остается постоянной.
...

2.4.2. Решение задач на закон сохранения энергии

В данном параграфе будут приведены задачи на совместное применение законов сохранения импульса и энергии в механике. Следует сказать, что задач, в которых закон сохранения энергии применяется самостоятельно, практически нет.
7. Наиболее распространенными являются задачи, в которых рассматривается взаимодействие движущегося со скоростью шарика массой с движущимся навстречу ему (или в одном направлении) массивным предметом массой М и со скоростью (считается, что m << M).

Рисунок 14.

Предполагается, что имеет место центральное упругое соударение, для которого справедливы законы сохранения импульса:
,
или в проекции на ось
Ох: ,
где и – скорости плиты и шарика после взаимодействия;
и энергии:
.
Для дальнейших вычислений следует привести выражения (1) и (2) к следующему виду:
;
.
Поделив выражения (4) и (3) друг на друга, получаем:
.
...

Заключение

Целью выпускной работы было изучение методики обучения поиску решения физических задач на примере темы «Законы сохранения в механике», и подготовка методических рекомендаций к решению данного типа задач.
...

1. 1001 задача по физике/ И.М. Гельфгат, Л.Э. Генденштейн – М.: Илекса, 2004.
2. Авдеева, А.В. Методические рекомендации по использованию учебников по физике под редакцией Г.Я. Мякишева «Механика. 10 класс» / А.В. Авдеев.- М.: Дрофа, 2004.-32 с.
3. Бабина, С.Н. Подготовка будущих учителей физики и технологии к
4. Балаш В. А. Задачи по физике и методы их решения. М.: Просвещение, 1967.
5. Балл Г.А. Теория учебных задач: Психолого-педагогический аспект. М.: Педагогика, 1990. 184 с.
6. Белостоцкий П. И., Максимова Г. Ю., Гомулина Н. Н. Компьютерные технологии: современный урок физики и астрономии// Первое сентября. Физика. 1999. № 20. С. 3.
7. Богдан В. И., Бондарь В.А., Кульбицкий Д. И., Яковенко В. А. Практикум по методике решения физических задач. Мн.: Высшая школа, 1983.
8. Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе. М.: Просвещение, 1981.
9. Бутиков Е. И. Лаборатория компьютерного моделирования// Компьютерные инструменты в образовании. 1999. № 5. С .24 – 42.
10. Володарский В.Е. Развитие мышления учащихся в работе с физическими задачами. Барнаул; Новокузнецк: Изд-во Алтайского ун-та, 1996. 267 с.
11. Гомулина Н. Н. Компьютерные обучающие и демонстрационные программы// Первое сентября. Физика. 1999. № 12.
12. Гомулина Н. Н., Михайлов С. В. Методика использования интерактивных компьютерных курсов с элементами дистанционного образования// Первое сентября. Физика. 2000. № 39.
13. Громов, С.В. Физика : учеб. для 7 кл. общеобразоват.учреждений / С.В. Громов, Н.А. Родина. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2001. – 158 с.
14. Громов, С.В. Физика : учеб. для 8 кл. общеобразоват. учреждений / С.В. Громов, Н.А. Родина. – 4-е изд. – М.: Просвещение, 2002. –160 с.
15. Громов, С.В. Физика. 10 кл. Механика. Теория относительности. Электродинамика : учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений / С.В. Громов; под ред. Н.В. Шароновой. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2002. – 383 с.
16. Громов, С.В. Физика. 11 кл. Оптика. Тепловые явления. Строение и свойства вещества : учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений / С.В. Громов; под ред. Н.В.Шароновой. – М.: Просвещение, 2001. – 278 с.
17. Громов, С.В. Физика. 9 кл. : учеб. для 9 кл. общеобразоват. учреждений / С.В. Громов, Н.А. Родина. – 3-е изд. – М.: Просвещение, 2002. – 160 с.
18. Гутник, Е.М. Физика. 7 кл. : темат. и поуроч. планирование к учеб. А.В.Перышкина «Физика. 7 кл.» / Е.М. Гутник, Е.В. Рыбакова.- 2-е изд., стер.- М.: Дрофа, 2002. – 96 с.
19. Гутник, Е.М. Физика. 8 кл. : темат. и поуроч. планирование к учеб. А.В.Перышкина «Физика. 8 кл.» / Е.М. Гутник, Е.В. Рыбакова.- 2-е изд., стер.- М.: Дрофа, 2002. – 96 с.
20. Гутник, Е.М. Физика. 9 кл. : темат. и поуроч. планирование к учеб. А.В.Перышкина «Физика. 9 кл.» / Е.М. Гутник, Е.В. Шаронина, Э.И. Доронина.- 2-е изд., стер.- М.: Дрофа, 2002. – 96 с.
21. Давыдов В. В. Проблемы развивающего обучения: Опыт теоретических и экспериментальных психологических исследований. – М.: Просвеще-ние, 1986.