Методика решения физических задач с применение ИТ

Решение физических задач как основной метод обучения физике

Решение физических задач — один из основных методов обучения физике. С помощью решения задач сообщаются знания о конкретных объектах и явлениях, создаются и решаются проблемные ситуации, формируются практические и интеллектуальные умения, сообщаются знания из истории науки и техники, формируются такие качества личности, как целеустремленность, настойчивость, аккуратность, внимательность, дисциплинированность, развиваются эстетические чувства, формируются творческие способности.

В период ускорения научно-технического прогресса на каждом рабочем месте необходимы умения ставить и решать задачи науки, техники, жизни. Поэтому важнейшей целью физического образования является формирование умений работать со школьной учебной физической задачей, особенно с применением информационно-коммуникационных технологий.

Последовательно это можно сделать в рамках предлагаемой ниже программы, целями которой являются:

• · развитие интереса к физике, к решению физических задач;
• · совершенствование полученных в основном курсе знаний и умений;
• · формирование представлений о постановке, классификации, приемах и методах решения школьных физических задач.

Программа факультативного спецкурса.

Программа факультативного спецкурса согласована с содержанием программы основного курса. Она ориентирует студента колледжа на дальнейшее совершенствование уже усвоенных знаний и умений, на формирование углубленных знаний и умений.

Для этого вся программа делится на несколько разделов.

Первый раздел носит в значительной степени теоретический характер. Здесь студенты колледжей.

• · знакомятся с минимальными сведениями о понятии «задача»,
• · осознают значение задач в жизни, науке, технике,
• · знакомятся с различными сторонами работы с задачами. В частности, они должны знать основные приемы составления задач, уметь классифицировать задачу по трем-четырем основаниям и применять для решения различные компьютерные программы .

В первом разделе при решении задач особое внимание уделяется

ь последовательности действий,.

ь анализу физического явления,.

ь проговариванию вслух решения,.

ь анализу полученного ответа.

Если в начале раздела для иллюстрации используются задачи из механики, молекулярной физики, электродинамики, то в дальнейшем решаются задачи из разделов курса физики старших классов (1, 2 курс колледжа). При повторении обобщается, систематизируется как теоретический материал, так и приемы решения задач, принимаются во внимание цели повторения при подготовке к государственному экзамену. Возможно шире должны использоваться задачи, связанные с профессиональными интересами школьников, задачи межпредметного содержания. При работе с задачами систематически обращается внимание на мировоззренческие и методологические обобщения: потребности общества и постановка задач, задачи истории физики, значение математики для решения задач, ознакомление с системным анализом физических явлений при решении задач и т. д.

При изучении первого раздела программы учитель использует разнообразные приемы и методы:

• · рассказ и беседа учителя,
• · выступления школьников,
• · подробное объяснение примеров решения задач, с возможным презентационным показом решения некоторых задач с помощью виртуальной доски,
• · коллективная постановка экспериментальных задач, возможный показ виртуального эксперимента,
• · индивидуальная и коллективная работа по составлению задач,
• · конкурс на составление лучшей задачи, знакомство с различными задачниками и т. д.

При подборе задач в первом разделе программы необходимо использовать возможно шире задачи разнообразных видов. Основным при этом является развитие интереса учащихся к решению задач, формирование определенной познавательной деятельности при решении задачи.

В итоге школьники должны уметь классифицировать предложенную задачу, составлять простейшие задачи, последовательно выполнять и проговаривать этапы решения задачи средней трудности.

Второй раздел. При решении задач по механике, молекулярной физике, электродинамике главное внимание обращается

• · на формирование умений решать задачи,
• · на накопление опыта решения задач различной трудности.

Развивается самая общая точка зрения на решение задачи как на описание того или иного физического явления физическими законами. Содержание тем подобрано так, чтобы формировать при решении задач основные методы данной физической теории.

В механике это описание движения материальной точки (модели тела) законами Ньютона и описание движения физической системы законами сохранения. Идея относительности механического движения рассматривается при решении системы задач, описании явления в разных системах отсчета.

В молекулярной физике описание трех состояний вещества осуществляется на основе положений молекулярно-кинетической теории и их следствий, термодинамический метод раскрывается в применении его для описания процессов с идеальным газом, в решении комбинированных задач на явления превращения вещества из одного агрегатного состояния в другое.

В электродинамике плодотворность идеи объяснения изучаемых физических явлений на основе рассмотрения движения зарядов и существования электромагнитного поля должна подчеркиваться при решении всех задач. Конкретным проявлением этой идеи является описание явлений теми или иными конкретными законами.

Содержание программных тем[25] обычно состоит из трех компонентов:

• 1. в ней определены задачи по содержательному признаку,
• 2. выделены характерные задачи или задачи на отдельные приемы,
• 3. даны указания по организации определенной деятельности с задачами.

Подбор задач осуществляется учителем исходя из конкретных возможностей учащихся. Рекомендуется прежде всего использовать задачники из предлагаемого списка литературы. В необходимых случаях используются школьные задачники. При подборе задач большее внимание, чем в основном курсе, уделяется задачам технического и краеведческого содержания, занимательным и экспериментальным задачам. Повышение познавательного интереса школьников достигается как подбором задач, так и методикой работы с ними.

На занятиях применяются коллективные и индивидуальные формы работы: постановка, решение и обсуждение решения задач, подготовка к олимпиаде, подбор и составление задач на тему и т. д. Предполагается также выполнение домашних заданий по решению задач [26,27].

Расчетные задачи решаются по формулам, и учитель вправе требовать знания формул. Это же предполагает и программа в требованиях к знаниям и умениям обучаемых. Отсюда и вытекает отдельный этап в подготовке к решению задач — обучение учащихся анализировать формулы [28, 29, 30].

Алгоритм анализа формулы может быть следующим:

• 1. Правильно прочитать формулу.
• 2. Назвать величины, входящие в формулу, и единицы их измерения.
• 3. Указать взаимосвязь между величинами, входящими в формулу, уметь графически изображать эту взаимосвязь.
• 4. Обосновать формулу с точки зрения причинно-следственных связей.
• 5. Указать и обосновать практическое применение формулы.

После усвоения формулы учитель может предложить обучаемым общие требования по умению работать с формулой, необходимой для решения задач по данной теме.

Умение работать с формулой предполагает:

• 1. Знание формулы.
• 2. Умение анализировать формулу.
• 3. Знание опытов, подтверждающих справедливость формулы, умение рассказать об этих опытах (использовать алгоритм рассказа «об опытах»).
• 4. Знание формулировки закона, если формула — математическое выражение закона.
• 5. Знание и рассказ о практическом применении данной формулы (в приборах, механизмах, машинах, быту).
• 6. Составление и решение стандартных задач с использованием данной формулы (формул).
• 7. Умение выражать из формул величины и проверять их единицы измерения.
• 8. Умение графически изображать зависимость между величинами, входящими в формулу, и по графикам устанавливать взаимосвязь между величинами.

Понятия «сложность задачи» и «трудность задачи» часто в методике преподавания физики применяются как понятия-синонимы, поскольку ими характеризуется и субъективная сторона задачи — сможет ли ее решить школьник или не сможет (рисунок 8).

Трудность задачи в большей степени характеризует процесс ее решения, чем содержание, сложность же — наоборот.

Наряду с субъективными признаками рассматриваемых понятий имеются и объективные. Их можно выделить исходя из анализа структуры физической задачи, который может выглядеть так [31]:

— Структура задачи В личностно-ориентированном подходе решения задачи с применением ИТ процесс обучения организуется на основе следующих принципов:

• 1. знание и учет особенностей учащихся;
• 2. успешное обучение учащихся на доступном для них уровне;
• 3. сотрудничество учителя и ученика в процессе обучения;
• 4. эффективная организация самостоятельной работы учащихся на занятиях.

Принципиальным отличием занятий с учащимися при решении задач, является освоение ими способа самостоятельного поиска и конструирования решений, является необходимость в визуализации учителем своих умственных действий в частности с применением информационно-коммуникационных технологий. Одним из способов такой визуализации является фиксация в памяти учащихся виртуальных презентаций, обучающихся программ решения задач, и программ которые полностью являются пакетом учебных мультимедийных компьютерных программ и Internet-систем дистанционного обучения в области естественных наук, ориентировочной основы его действий, направленных на поиск решения задачи. Например в таблице 2 можно увидеть соответствие моделей и понятий (кинематика), которые можно использовать при решении задач [32].

Таблицы 3.

Соответствие моделей и понятий (кинематика).

Пример алгоритма решения задач (кинематика равномерного движения).

• · - причитать условие;
• · - нарисовать чертеж (тело, направление его движения, начальное и конечное положение);
• · - обозначить на чертеже необходимые моменты времени и отрезки движения;
• · - выписать для каждого промежутка движения формулу равномерного движения;
• · - подставить в формулы все известные величины;
• · - решить полученную систему уравнений.

Для подготовленных школьников можно организовать работу с компьютерной обучающей программой. Курс содержит электронный гипертекстовый учебник и справочник, включающий в себя основной и дополнительный теоретический материал и достаточно полный комплект сложных задач, которые предлагается решать в интерактивном режиме, пошагово. Модели изучаемых явлений и возможности анимации позволяют разобраться и в условии предложенной задачи, и в методах ее решения.

В школах с современным компьютерным классом учитель может организовать сначала вводное занятие для быстрейшего овладения навыками общения с программой, а затем — занятия по обучению решению задач и проверке знаний, причем оценить успехи школьника позволит дневник. Полезно провести вводный курс работы, а затем уже предлагать учащимся самостоятельно работать с отдельными задачами в кабинете информатики, на дополнительных занятиях или дома с последующим обсуждением или разбором содержания задач и методик их решения. Задачи сопровождаются анимацией, развернутым табло выбора возможных вариантов и т. д. (РИСУНОК .

Рисунок 8. — Классификация физических задач, решаемых с помощью компьютера В каждый из этих ресурсов могут входить анимации, интерактивные модели, видеофрагменты, виртуальные лаборатории. Но только в компьютерных средах пользователь имеет возможность самостоятельно создавать принципиально новую модель. Но в некоторые мультимедийные курсы входят компьютерные среды. Так в мультимедийный курс Физика 7 — 11 класс [33].

Анимация — способ организации графической информации, позволяющий отображать динамические процессы. Анимацией называется модель, в которой возможно отражение явления, процесса, движение объектов без влияния пользователя на это движение, процесс, явление [34].

Интерактивной моделью называют такую анимацию, параметры которой можно изменять. Название «интерактивные модели» произошло от английского interactive — взаимодействие. В интерактивных моделях объединяются моделинг, коммуникативность и производительность. Мультимедиа файлы без интерактива превращаются в обычные технические средства обучения — видеофрагменты, коллекцию звуковых файлов, коллекцию рисунков. С помощью интерактивных моделей можно сконструировать компьютерную лабораторную работу.

Компьютерной моделирующей средой (виртуальной лабораторией) называют интерактивную среду, в которой можно создавать самостоятельные интерактивные эксперименты, моделировать процессы и явления.