88292

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬННЫЕ ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ: СОДЕРЖАНИЕ, СУЩНОСТЬ И ДИДАКТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Дипломная

Физика

Образовательное и воспитательное значение задач в курсе физики средней школы трудно переоценить. Без решения физических задач, курс физики не может быть усвоен. В большинстве школ решению физических задач уделяется значительное внимание.

Русский

2015-04-28

297.56 KB

13 чел.

ГОУ ВПО «МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ М.Е. ЕВСЕВЬЕВА»

Факультет физико-математический

Кафедра физики и методики обучения физике

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой

кандидат педагог.наук, профессор

______________Х.Х. Абушкин

«____»___________2013

                               

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬННЫЕ ЗАДАЧИ ПО ФИЗИКЕ: СОДЕРЖАНИЕ, СУЩНОСТЬ И ДИДАКТИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ

Автор дипломной работы                     Е.И. Еркин

Обозначение дипломной работы ДР-02080256-050203.65-48-10

Специальность 050203.65 «Физика» с дополнительной специальностью 050202  «Информатика»

Руководитель работы

кандидат педагог. наук, профессор                                                     Х.Х. Абушкин

Нормоконтролер

кандидат техн. наук, доцент                         А.В. Куренщиков

Рецензент

доктор педагог. наук, профессор

кафедры естественнонаучных

дисциплин МГУ им. Н.П. Огарева  ______________________Л. В. Масленикова

Саранск 2013

ГОУ ВПО «МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ М.Е. ЕВСЕВЬЕВА»

Факультет физико-математический

Кафедра физики и методики обучения физике

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой

канд. педагог. наук, профессор

__________Х.Х. Абушкин

«____»___________2012

ЗАДАНИЕ НА ДИПЛОМНУЮ РАБОТУ

Студент: Еркин Евгений Иванович, МДФ-108.

1. Тема: «Использование экспериментальных задач в обучении физике»,  утверждена приказом по  МордГПИ № 1336-с от 14.11.09 г.

2. Срок представления к защите: 27.04.2013 г.

3. Исходные данные для дипломной работы:

3.1 Абушкин Х. Х. Проблемное обучение – учителю. – Саранск: Мордов. Кн. Изд-во, 1996.-176с.

3.2 Кручинина, Г.А. Готовность будущего учителя к использованию новых информационных технологий обучения /Г.А.Кручинина. – М.: Изд-во МПГУ, 1996. – 176 с.

3.3 Махмутов М. И. Проблемное обучении. Основные вопросы теории. М., «Педагогика», 1975.

3.4 Теория и методика обучения физике в школе: Общие вопросы. //Под ред. С.Е.Каменецкого, Н.С.Пурышевой. –М.: Изд. Центр «Академия», 2002.

3.5 Теория и методика обучения физике в школе: Частные вопросы. //Под ред. С.Е.Каменецкого, Н.С.Пурышевой. –М.: Изд. Центр «Академия», 2002.

3.6 Хуторской А.В. Эвристическое обучение: теория, методология, практика. Научное издание. - М.: Международная педагогическая академия, 1998. - 266 с.

4. Содержание дипломной работы:

4.1 Введение.

4.2 Физические задачи и их роль в умственном развитии учащихся.

4.2.1 Понятие «физическая задача», дидактические функции физических задач.

4.2.2 Классификация задач по различным основаниям.

4.2.3 Методика решения разных типов задач.

4.3 Проблемное обучение и его роль в умственном развитии учащихся.

4.3.1 Проблемное обучение: сущность, содержание, структура.

4.3.2 Проблема, проблемная задача, учебная проблема.

4.3.3 Проблемные ситуации – основное звено организации проблемного обучения, способы создания проблемных ситуаций в обучении физике.

4.4 Методика использования проблемных задач при изучении физики.

4.4.1 Проблемные задачи при изучении раздела «Механика».

4.4.2 Проблемные задачи при изучении раздела «Молекулярная физика и термодинамика».

4.4.3 Проверка эффективности разработанной методики в учебном процессе.

5. Заключение

6. Список использованных источников

Руководитель работы

канд. пед. наук, профессор______________________ Абушкин Х. Х.

Задание принял к исполнению __________________ Еркин Е.И.

Реферат

Дипломная работа содержит 64 страницы, 19 использованных источников.

ПРОБЛЕМНОЕ ОБУЧЕНИЕ, ПРОБЛЕМА, ПРОБЛЕМНАЯ ЗАДАЧА, УЧЕБНАЯ ПРОБЛЕМА, ПРОБЛЕМНАЯ СИТУАЦИЯ.

Объектом исследования является учебный процесс в общеобразовательной школе.

В данной работе поставлена цель ознакомиться с проблемными задачами, их роли и важности в современной школе.

В результате работы:

1. Определена роль физических задач в умственном развитии учащихся.

2. Определена роль проблемного обучения в умственном развитии учащихся.

3. Разработана методика преподавания раздела «Механика» в школьном курсе физике с использованием проблемных физических задач.

4. Экспериментально проверена эффективность разработанной методики.

Степень внедрения – частичная.

Область применения – использование в учебном процессе в курсах «Механика».

Эффективность – повышение качества знаний учащихся по данной теме.

Содержание

Введение…………………………………………….……….………………..……..6

1 Физические задачи и их роль в умственном развитии учащихся……….……..8

1.1 Понятие «физическая задача», дидактические

функции физических задач…...………………………………………………...…..8

1.2 Классификация задач по различным основаниям………………………....…11

1.3 Методика решения разных типов задач…………………………………........14

2 Проблемное обучение и его роль в умственном

развитии учащихся…………………………….......................................................19

2.1 Проблемное обучение: сущность, содержание, структура.…..……..…...….19

2.2 Основные категории теории: проблема, проблемная

задача, учебная проблема…………………..…………………………………..….20

2.3 Проблемные ситуации – основное звено организации

проблемного обучения, способы создания проблемных

ситуаций в обучении физике…………………………………….…………...…....36

3 Методика использования проблемных задач

в обучении физике………………………….……………………………….…….42

3.1 Проблемные задачи: содержание и сущность……………………….…....….42

3.2 Проблемные задачи при изучении раздела «Механика»….………….…..…49

3.3 Проверка эффективности разработанной методики в

учебном процессе………………………………………………………….….…....58

Заключение……………………………………………………………….……...….62

Список использованных источников…………………………………….……..…63

Введение

В связи с повышением научно-теоретического уровня курса физики средней школы все большее внимание уделяется решению физических задач.

Образовательное и воспитательное значение задач в курсе физики средней школы трудно переоценить. Без решения физических задач, курс физики не может быть усвоен. В большинстве школ решению физических задач уделяется значительное внимание. Тем не менее многие учащиеся постоянно испытывают затруднения в решении задач, что наглядно обнаруживается на выпускных школьных экзаменах и ЕГЭ. Это объясняется не только сложностью данного вида занятий для учащихся, но и недостатками в подборе и методике решения задач по школьному курсу физики. Сознавая важность задач для изучения физики, многие учителя действуют по принципу: чем больше задач, особенно повышенной трудности, тем лучше. В большинстве случаев это приводит к прямо противоположным результатам: создает перегрузку учащихся, порождает неверие в свои силы, отталкивает от предмета. Поэтому вопросы методики решения задач по физике в средней школе приобретают сейчас особое значение.

В данной работе поставлена цель ознакомиться с проблемными задачами, их роли и важности в современной школе. Сейчас в связи с новыми программами, в основу которых положены фундаментальные физические принципы, для этого создаются самые благоприятные условия. В настоящей дипломной работе сделана попытка подобрать типовые задачи по разделу «Механика» с учетом специфики данного раздела учебной программы. При этом были рассмотрены задачи подразделов «Кинематика», «Динамика», «Статика», «Законы сохранения движения и энергии». Поэтому после стандартных задач рассмотрены и более сложные задачи, которые следует предлагать учащимся при повторении в старших классах или во время подготовки к ЕГЭ.

Решение этой проблемы составляет цель исследования.

Объектом исследования является учебный процесс в общеобразовательной школе.

В качестве предмета исследования выступает процесс обучения физике в средней школе, основанный на технологии проблемного обучения.

Исходя из проблемы, объекта, предмета и цели исследования, были выдвинуты следующие задачи:

1. Определить роль физических задач в умственном развитии учащихся.

2. Определить роль проблемного обучения в умственном развитии учащихся.

3. Разработать методику преподавания раздела «Механика» в школьном курсе физике с использованием проблемных физических задач.

4. Экспериментально проверить эффективность разработанной методики.

В основу исследования положена гипотеза, согласно которой качество знаний учащихся повысится, если процесс обучения организовать на основе технологии проблемного обучения.

1 Физические задачи и их роль в умственном развитии учащихся

1.1 Понятие «физическая задача», дидактические функции физических задач

Физической задачей в учебной практике обычно называют небольшую проблему, которая в общем случае решается с помощью логических умозаключений, математических действий и эксперимента на основе законов и методов физики. По существу на занятиях по физике каждый вопрос, возникший в связи с изучением учебного материала, является для учащихся задачей. Активное целенаправленное мышление «всегда есть решение задач» в широком понимании этого слова. В методической же и учебной литературе под задачами обычно понимают целесообразно подобранные упражнения, главное назначение которых заключается в изучении физических явлений, формировании понятий, развитии физического мышления учащихся и привитии им умений применять свои знания на практике. Решение задач преследует и многие другие цели: воспитание учащихся, контроль и учет знаний, умений и навыков и т. д.

С сущностью физических явлений учащихся знакомят различными методами: путем рассказа, демонстрации опытов, постановки лабораторных работ, проведения экскурсий и т. д. При этом активность учащихся, а следовательно, глубина и прочность их знаний будут наибольшими тогда, когда создается «проблемная ситуация». В ряде случаев ей может быть придана форма задачи, в процессе решения которой ученик «переоткрывает» для себя физическую закономерность, а не получает ее в готовом виде. В этом случае задача выступает как средство изучения физического явления. С этой целью можно использовать качественные, расчетные, экспериментальные и другие задачи. [3]

Опираясь на имеющиеся у учащихся знания, в процессе решения задач можно подвергать анализу изучаемые физические явления, формировать понятия о физических явлениях и величинах.

Рисунок 1 – модель гидравлического пресса

При решении экспериментальных задач учащимся можно дать некоторое понятие о физическом эксперименте как методе исследования явлений природы, основу которого составляют измерения и математические исследования функциональной зависимости между физическими величинами.     

Например, уже VII классе могут быть решены следующие задачи:

1. Проградуируйте пружину и выразите формулой  зависимость ее удлинения от величины приложенной силы.

2. Используя модель гидравлического пресса (рис. 1), установите связь между высотой поднятия поршней и величинами их площадей.

Задачи имеют также большое значение для политехнического обучения учащихся. В них могут содержаться сведения о промышленном и сельскохозяйственном производстве, транспорте, связи, современной технике и т. д. Такие задачи являются одним из доступных для учащихся средств связи теории с практикой, обучения с жизнью.

Задачи с техническим содержанием должны удовлетворять следующим основным требованиям. Содержание задачи должно быть тесно связано с изучаемым программным материалом. Рассматриваемый технический объект или явление, как правило, должны иметь широкое применение в народном хозяйстве. В задаче должны быть использованы реальные данные о машинах, процессах и т. д. и поставлены такие вопросы, которые действительно встречаются на практике. Технические задачи не только по содержанию, но и по форме должны возможно ближе подходить к условиям, встречающимся в жизни, где в задачах «ничего не дано», а необходимые данные приходится находить по схемам, чертежам, брать из справочной литературы или из опыта. Приведем примеры задач с техническим содержанием.

3. Определить количество оборотов шпинделя токарного станка, если скорость резания 80 м/мин, а диаметр обрабатываемой детали 40 мм.

В этой задаче имеются все необходимые данные, и нужно только произвести расчеты.

4. Подобрать провод для подводки тока к электродвигателю. Для решения этой задачи необходимо по паспортным данным определить мощность и к.п.д. двигателя, узнать напряжение на щите, длину проводов и допустимое падение напряжения на них. Наряду с задачами производственного содержания для связи обучения с жизнью большое значение имеют задачи о физических явлениях в быту. Они помогают видеть физику «вокруг нас», воспитывают у учащихся наблюдательность.

Примерами таких задач могут быть следующие:

  1.  Рассчитать стоимость электроэнергии, которая потребляется вашей стиральной машиной за 3 ч.
  2.  Какой минимальной высоты должно быть вертикально установленное зеркало, чтобы можно было видеть себя в нем в полный рост? Как его надо расположить?[2].

В целях политехнического обучения задачи важны также как средство формирования ряда практических навыков и умений. В процессе решения задач учащиеся приобретают умения и навыки применять свои знания для анализа различных физических явлений в природе, технике и быту; выполнять чертежи, рисунки, графики; производить расчеты; пользоваться справочной литературой; употреблять при решении экспериментальных задач приборы и инструменты и т. д. Особенно полезны в этом отношении задачи, для решения которых используется трудовой и жизненный опыт учащихся, наблюдения, выполняемые ими во время экскурсий, при работе в школьных мастерских, а также в быту.

Учащимся сельских школ могут задаваться, например, такие задачи.

7. Начертите схему гидравлического подъемника трактора. Узнайте давление в гидросистеме, измерьте диаметр поршня подъемника и определите величину максимального усилия, развиваемого подъемником.

8. Пронаблюдайте выпадение росы. Отметьте температуру воздуха при заходе солнца и в момент выпадения росы. В каких местах роса бывает обильнее? Почему?

Решение задач имеет и большое воспитательное значение. С помощью задач можно познакомить учащихся с возникновением новых прогрессивных идей и взглядов, с открытиями отечественных ученых, обратить их внимание на достижения науки и техники. Интересны в этом отношении задачи с данными о полетах первых в мире космических кораблей, о гигантских электростанциях на наших реках, о новых технических изобретениях и т. д. Чувство законной гордости вызовет у учащихся материал следующих задач:

9. Мощность двигателей космического корабля «Восток-1» составляла 20 млн. л. с. Какое количество «Днепрогэсов» могло бы
развить такую же мощность?

10. Советская космическая ракета «Мечта» стала первой искусственной планетой солнечной системы, удаленной от Солнца в среднем на 170 млн. км. Определить период ее обращения вокруг Солнца[2].

Воспитательное воздействие задач заключается также в том, что они являются действенным средством воспитания трудолюбия, настойчивости, воли и характера учащихся. Решение задач — нелегкий труд, требующий большого напряжения сил, он может нести с собой и творческую радость успехов, любовь к предмету и горечь разочарований, неверие в свои силы, потерю интереса к физике. Решение задач — чуткий барометр, по которому учитель может постоянно следить за успехами и настроением учеников и эффективностью своей учебно-воспитательной работы.

1.2 Классификация задач по различным основаниям

Задачи по физике классифицируют по многим признакам: по содержанию, целевому назначению, глубине исследования вопроса, способам решения, способам задания условия, степени трудности и т. д.

По содержанию задачи следует разделить, прежде всего, в зависимости от их физического материала. Различают задачи по механике, молекулярной физике, электричеству и т. д. Такое деление условно в том отношении, что нередко в условии задачи используются сведения из нескольких разделов физики.

Различают задачи с абстрактным и конкретным содержанием. Примером задачи с абстрактным содержанием может быть следующая:

11. Какую силу нужно приложить, чтобы поднять по наклонной плоскости тело массой т, если длина плоскости l, а высота Л? Трением пренебречь. Какова сила давления тела на плоскость?

Если же в задаче будет указано, какая именно используется наклонная плоскость, что за тело и как оно поднимается по ней, то это будет уже физическая задача с конкретным содержанием.

Достоинство абстрактных задач состоит в том, что в них выделяется и подчеркивается физическая сущность, выяснению которой не мешают несущественные детали. Главное достоинство конкретных задач — большая наглядность и связь с жизнью.

Задачи, содержащие материал о технике, промышленном и сельскохозяйственном производстве, транспорте и связи, называют задачами с политехническим содержанием. Эти задачи должны составлять значительную часть задач по физике.

Ряд задач содержит сведения исторического характера: данные о классических физических опытах, открытиях, изобретениях или даже исторических легендах. Такие задачи называют задачами с историческим содержанием.

Широкое распространение получили также занимательные задачи. Отличительной чертой их содержания является использование необычных парадоксальных или занимательных фактов и явлений. Их решение оживляет уроки, повышает интерес учащихся к физике.

Физические задачи классифицируют также по степени сложности. Задачи, несложные по содержанию, требующие, например, истолкования смысла формул, подбора систем единиц, нахождения по готовой формуле тех или иных величин и т. п., решают, как правило, в процессе изучения темы.

Более сложные содержат уже проблемную ситуацию и элемент новизны. Этим задачам и уделяют главное внимание на занятиях по физике. Для их решения отводится специальное время, в том числе отдельные уроки по решению задач.

Резкой грани между указанными типами задач нет. Постепенно усложняя задачи, приходят к таким, в которых, подобно тому, как это часто бывает в жизни, только поставлена проблема и «ничего не дано». Такие задачи ряд методистов называют «творческими». Большое количество интересных творческих задач учитель найдет в книге В. Г. Разумовского, который делит их на два основных вида: «исследовательские» (требующие ответа на вопрос почему?) и «конструкторские» (требующие ответа на вопрос как сделать?). Творческие задачи могут быть качественными, расчетными или экспериментальными.

В зависимости от характера и методов исследования вопросов различают качественные и количественные задачи. Качественными называют задачи, при решении которых устанавливают только качественную зависимость между физическими величинами. Как правило, вычисления при решении этих задач не производят. Иногда этот вид задач в методической литературе называют по-другому: задачи-вопросы, логические задачи, качественные вопросы и др.

Количественными называют задачи, при решении которых устанавливают количественную зависимость между искомыми величинами и ответ получают в виде формулы или определенного числа. При решении таких задач необходимы вычисления. Окончательный ответ на вопрос задачи не может быть дан без количественных расчетов.

По способу решения различают устные, экспериментальные, вычислительные и графические задачи. Деление это условно в том отношении, что при решении большинства задач применяют несколько способов. Например, при решении экспериментальной задачи необходимы устные рассуждения, а также во многих случаях вычисления и работа с графиками.

Экспериментальными называют задачи, в которых с той или иной целью используют эксперимент.

Графическими называют задачи, при решении которых используют графики.

Порядок решения задач разных типов зависит от многих обстоятельств и может быть различным. В одних случаях сначала решают экспериментальные, в других — вычислительные задачи и т. д. Но во многих случаях для выяснения физической сущности сначала целесообразно решить качественные или экспериментальные задачи, а уже затем задачи вычислительные и графические.

1.3 Методика решения разных типов задач

Качественные задачи. Качественные задачи обычно используют раньше других как средство закрепления изученного материала. Есть разделы курса физики, где качественные задачи являются основными, так как количественные задачи там почти не решают. К таким, например, относится раздел по гидродинамике. Чрезвычайно полезно решение качественных задач и при опросе для выяснения глубины усвоения материала. Качественные задачи дают возможность за короткое время выяснить физическую сущность рассматриваемого вопроса, для чего иногда другие типы задач менее эффективны. Поэтому успешное решение учащимися качественных задач показывает осознанность их знаний, отсутствие формализма в усвоении материала. Качественные задачи весьма разнообразны по тематике, содержанию и сложности[7].

Решение качественной задачи обычно состоит в построении с помощью индукции и дедукции логических умозаключений, основанных на физических законах. При этом анализ и синтез так тесно связаны между собой, что можно говорить только об аналитико-синтетическом методе решения качественных задач.

Схема решения качественных задач примерно следующая:

Чтение условия задачи, выяснение всех терминов в условии задачи.

Анализ условия задачи, выяснение физических явлений, построение, если это требуется, схемы или чертежа.

Построение аналитической и синтетической цепей рассуждений (этот момент особенно характерен и важен для решения качественных задач).

Анализ полученного ответа с точки зрения его физического смысла, соответствия условию и реальности.

Качественные задачи, можно разделить на две основные группы:

а) Простые качественные задачи или, как их иногда называют,
задачи-вопросы. Их решение обычно основывается на одном физическом законе и цепь умозаключений здесь сравнительно проста.

б) Сложные качественные задачи, представляющие как бы совокупность или комбинацию нескольких простых задач. Решая их, приходится строить более сложные и длинные цепи умозаключений, анализировать несколько физических закономерностей.

Экспериментальные задачи. Как отмечалось выше, характерной чертой этого типа задач является использование при решении эксперимента как лабораторного, так и демонстрационного.

Постановка опытов при решении демонстрационных экспериментальных задач должна удовлетворять всем условиям школьного демонстрационного эксперимента. При этом особое внимание нужно обращать на обеспечение хорошей видимости приборов и явлений. Это тем более необходимо, что к работе с приборами часто привлекаются вызванные к демонстрационному столу учащиеся, которые мало заботятся об этой чисто профессиональной стороне дела.

Вычислительные задачи. Методы решения вычислительных задач зависят от многих причин: их сложности, математической подготовки учащихся, поставленных учителем целей и т. д.

В зависимости от применяемого математического аппарата различают следующие методы или способы решения вычислительных задач: арифметический, алгебраический, геометрический и графический. По характеру логических операций, используемых в процессе решения, различают аналитический, синтетический и аналитико-синтетический методы.

Арифметический метод. При этом методе над физическими величинами производят только арифметические действия. Физические задачи решают примерно так же, как задачи на уроках арифметики: по вопросам, без применения формул. Арифметический способ применяют в основном на первой ступени обучения физике, когда учащиеся еще не имеют достаточных знаний по алгебре или еще не уяснили достаточно глубоко зависимость между величинами, входящими в физические формулы.

Геометрический метод. При решении задач геометрическим методом искомую величину находят на основании известных учащимся геометрических соотношений. Геометрический метод широко применяют в статике, геометрической оптике, электростатике и других разделах курса физики средней школы.

В случае геометрического метода решения задач можно использовать не только геометрические соотношения, но и тригонометрические формулы.

Графический метод. С геометрическим методом решения задач тесно связан метод графический, при котором для определения искомых величин используют графики. Ввиду значительной специфики этих задач рассматриваем их отдельно (см. далее).

По характеру логических операций различают аналитический и синтетический способы рассуждения при решении задач. При аналитическом способе рассуждения начинают с определения искомой величины, выясняют, как связана эта величина с другими величинами и, последовательно применяя физические формулы, приходят кратчайшим путем к искомой величине.

При синтетическом способе рассуждения сначала устанавливают промежуточные зависимости между данными физическими величинами, стараясь подготовить почву для определения искомой величины. В итоге всех операций, часть из которых может оказаться лишней, получают выражение, из которого и находят искомую величину.

Учащиеся чаще всего становятся на путь синтетического решения: они пробуют различные зависимости между величинами, пока не установят такую, которая дает возможность найти искомую величину. При этом, естественно, вначале возможны пути, не приводящие к желаемому результату. Синтетический способ решения наиболее простой, но не всегда короткий.

Аналитический способ труден, так как требует строгой логической последовательности в действиях, но он быстрее приводит к конечной цели.

При решении задач, особенно в старших классах, предпочтение нужно отдать аналитическому способу, так как этот способ имеет большое значение для развития логического мышления.

При решении задач трудно выделить в чистом виде анализ или синтез, они выступают всегда во взаимосвязи. Поэтому часто говорят об аналитико-синтетическом способе рассуждения при решении задач[6].

Однако в первом случае, когда мы начинаем рассуждение с вопроса задачи, на первый план выступает все же анализ. Правда, в конце, когда «собирают» общую формулу для решения задачи, проводят синтез. Все же данный способ рассуждения при решении задач можно называть аналитическим.

Во втором способе вначале на первый план выступает синтез, так как синтезируются различные соотношения, которые могут быть установлены по данным и условию задачи. Хотя определенные элементы анализа есть и здесь, все же данный способ рассуждения при решении задачи можно назвать синтетическим.

Графические задачи. Графическими называют задачи, в которых объектом исследования являются графики зависимости физических величин. В одних задачах эти графики заданы в условии, в других — их надо построить. Первые графические задачи должны заключаться в «чтении» и построении несложных графиков. Далее работу с графиками нужно постепенно усложнять, предлагая учащимся находить количественные зависимости между величинами, вплоть до составления формул.

Основные этапы решения графических задач следующие.

Если график зависимости между величинами дан, то надо осмыслить его, разобрать характер зависимости на каждом участке. Пользуясь масштабом, необходимо по графику получить искомые величины (значения на осях абсцисс и ординат, площадь, ограниченную осью абсцисс, соответствующими ординатами и графиком и др.).

Если график зависимости не дан, то по условию задачи или по значениям, взятым из специальных таблиц, строят  график. Для этого чертят оси координат,  выбирают определенный масштаб на них, составляют таблицы, а после этого наносят на плоскость с координатными осями точки с соответствующими ординатами и абсциссами. Соединяя данные точки, получают график зависимости между физическими величинами и затем исследуют его, как было указано выше.

2 Проблемное обучение и его роль в умственном развитии учащихся

2.1 Проблемное обучение: сущность, содержание, структура

Зарождение идей проблемного обучения в отечественной школе относится к 20-м годам. Теория проблемного обучения в этот период опиралась на прагматическую теорию мышления Джона Дьюи как к логическому действию, как к акту поведения.

Основные характеристики проблемного обучения сводились к следующему: перед учащимися ставилась проблема, и они методом проб и ошибок должны были решить ее, то есть в миниатюре должны повторить историю открытия и на этой основе получить соответствующие знания. Иными словами, проблемное обучение, опирающееся на такую методологическую основу, представляло собой неуправляемый процесс, что, в свою очередь, не отвечало принципам построения нашей системы образования. Поэтому идеи проблемного обучения в этот период были подвергнуты критике и в последующем почти не использовались[1].

На современном этапе основные идеи проблемного обучения в русле исследований психологии мышления начали разрабатываться в 50-х годах под руководством известных психологов А.Н. Леонтьева [10] и С.Л. Рубинштейна [16]. Результаты этих исследований находят применение в педагогической практике для управления процессом мышления в обучении. В них мышление определяется как психический процесс отражения объективной реальности, составляющий высшую ступень человеческого познания.

Центральной идеей исследований являются выводы о том, что: 1) процесс мышления осуществляется прежде всего как процесс решения проблем; 2) закономерности мышления и закономерности процесса усвоения знаний в значительной степени совпадают.

Установлено, что: 1) процесс усвоения знаний представляет собой по основным закономерностям процесс решения специальных типов задач, названных проблемными; 2) одним из главных условий управления обучением, обеспечивающим развитие мышления, является преднамеренное создание проблемных ситуаций и решение проблем.

Анализ работ ученых по проблемному обучению позволяет выделить основные категории проблемного обучения: проблемное обучение, проблемная ситуация, проблема, задача.

Наиболее полно сущность этого понятия раскрыта М.И.Махмутовым: проблемное обучение — это процесс обучения, детерминированный системой проблемных ситуаций, в основе которого лежит особый вид взаимодействия учителя и учащихся, характеризующийся систематической самостоятельной учебно-познавательной деятельностью учащихся по усвоению новых знаний и способов действия путем решения учебных проблем.

2.2 Основные категории теории: проблема, проблемная задача, учебная проблема

Как известно, содержание науки или научной теории закреплено в составляющих ее основу понятиях. Важными понятиями теории проблемного обучения являются понятия учебная проблема и проблема. В отечественной психолого-педагогической литературе в основном устоялось мнение, что понятие учебная проблема относится к психолого-дидактической категории, в то время как понятие проблема относится к категории психологии (является первопричиной мышления, началом мыслительной деятельности) и логики (являясь основной формой движения мысли от незнания к знанию) [12].

Из изложенного следует, что все вопросы, связанные с категорией учебная проблема целесообразнее раскрывать в курсе дидактики.

Поскольку в задачу преподавания любого вузовского курса входит ознакомление студентов с общенаучными методами и категориями, то раскрытие содержания понятия проблема — как общенаучной категории — должно занять особое место при изучении студентами дидактики. Такая необходимость возникает еще в связи с тем, что, опираясь на нее, должно быть раскрыто содержание категории учебная проблема. Именно под этим углом и в связи с рассмотрением последнего раскрывается содержание понятия проблема.

Проблема в широком смысле — сложный теоретический или практический вопрос, требующий изучения, разрешения; в науке — противоречивая ситуация, выступающая в виде противоположных позиций в объяснении каких-либо явлений, объектов, процессов и требующая адекватной теории для ее разрешения [11].

Поскольку в практике учителей нередко наблюдается механическое копирование научного познания в обучении и механическое перенесение методов науки в учебный процесс, следует разграничить понятия проблема и учебная проблема. Как показывает практика, целесообразно делать это при детальном сопоставлении учебной проблемы с научной и на каждом из трех этапов творческого мышления: возникновение проблемной ситуации; формулировка проблемы; ее решение.

В исследованиях по проблемному обучению сформулированы признаки единства и отличия этих понятий как результат анализа источников по логике, психологии и дидактике. Поэтому эти выводы должны быть положены в основу сопоставительного анализа[1].

Признаки единства научных и учебных проблем: — субъективный характер проблем и их объективная основа: процесс научного исследования, как и процесс проблемного учения, осуществляется путем возникновения, развития и преодоления противоречии;

  1.  общая природа психического (интеллектуального) затруднения в условиях проблемной ситуации;
  2.  проблемы объективно являются начальным этапом как научного познания, так и усвоения;
  3.  общие методы и приемы мыслительных действий
    при анализе проблемной ситуации и вычленении
    проблемы;
  4.  общие принципы формулирования проблемы, выдвижения гипотезы и поиска путей решения проблемы;
  5.  необходимость проверки гипотезы на практике (не посредственно — в науке, обычно опосредованно — в обучении);
  6.  общие основные структурные элементы познавательного процесса.

Признаки отличия учебной проблемы от научной:

  1.  научная проблема всегда содержит знания, неизвестные науке, человечеству, содержание учебной проблемы неизвестно только ученику;
  2.  научные и учебные проблемы выполняют разные функции, имеют разную общественную значимость;
  3.  учебная проблема в своей сущности отличается от научной характером заключенного в ней противоречия;
  4.  при одинаковом с научной проблемой содержании (в
    историческом плане) учебная проблема может иметь
    свою особую структуру;
  5.  научная и учебная проблемы различаются источника
    ми возникновения проблемных ситуаций и процессом
    формулировки и переформулировки проблемы;
  6.  учебная проблема может не иметь своего «эквивалента» в истории науки;
  7.  различные условия решения проблем (разные внешние стимулы и внутренние мотивы поиска неизвестного, руководящая роль учителя в решении учебной проблемы и т.п.);
  8.  различные приемы выдвижения гипотез и процессы
    их доказательства;
  9.  различные цели, способы и результаты теоретической
    и практической проверки.

Таким образом, процессы научного исследования и проблемного учения имеют общую гносеологическую основу, но различаются по своим логико-психологическим и дидактическим характеристикам.

Понятие учебная проблема связано с дидактическим понятием задача. Ввиду того, что эти понятия нередко отождествляются, следует раскрыть вопрос: может ли сама задача выполнять ту же роль, что и проблема, то есть являться началом мышления?

Задача — явление объективное, для ученика она существует с самого начала в материальной форме (в звуках или знаках), и превращается задача в субъективное явление лишь после ее восприятия и осознания.

Иными словами, в задаче мышление существует лишь как результат, но нет связи с мышлением как процессом. «Свести мышление к процессу решения задач значит определить его прагматически по тому эффекту, который оно дает, не вскрывая его собственной природы — того, благодаря чему этот эффект получается. Мышление разрешает встающую перед человеком задачу благодаря тому, что оно раскрывает не данное в условиях, неизвестные свойства и отношения объектов и явлений, входящих в проблемную ситуацию» [16].

Из сказанного следует, что мышление начинается только в условиях проблемной ситуации, то есть когда объективное противоречие задачи принимается учеником как учебная проблема.

Учебную проблему следует понимать как явление субъективное, существующее в сознании ученика в идеальной форме, в мысли, так же как любое суждение, пока оно не станет логически завершенным и не будет выражено (в форме предложения) в звуках языка или в буквах (знаках) письма. Эту речевую формулировку проблемы С.Л. Рубинштейн и называет задачей.

Различие между задачей и учебной проблемой состоит также в их структуре. В условиях задачи обязательно содержатся такие элементы, как данное и требование (найти неизвестное). Основными элементами учебной проблемы являются известное и неизвестное (найти связь, отношение между известным и неизвестным). Известное знание проблемы включает не только данное задачи, но и более широкий круг ранее усвоенных знаний, личный опыт ученика, на основе которых можно определить характер неизвестного[8].

Задача как дидактическая категория отличается от учебной проблемы как категории психолого-дидактической тем, что она является формой, как бы оболочкой, внешним выражением последнего.

Объективное противоречие задачи превращается в субъективное противоречие учения, в учебную проблему лишь в том случае, если при соприкосновении субъекта с объектом последнее превращается в сознании ученика в противоречие между известным и неизвестным.

Исходя из изложенного, мы придерживаемся мнения, согласно которому учебная проблема есть отражение (или форма проявления) логико-психологического противоречия процесса усвоения, определяющее направление умственного поиска, побуждающее интерес к исследованию (объяснению) сущности неизвестного и ведущее к усвоению нового понятия или нового способа действия [12].

С точки зрения подготовки учителей к использованию проблемного обучения в школе важно раскрыть гносеологическое и психологическое различие между задачей и учебной проблемой.

Гносеологическое различие состоит в том, что объективное противоречие задачи в сознании ученика превращается в проблему, в логическое противоречие.

Психологическая суть учебной проблемы состоит в том, что она является содержанием проблемной ситуации, возникающей в процессе учения школьника. Как психолого-дидактическая категория учебная проблема несет в себе новое знание и новый способ усвоения этого знания (и процесс, и результат) и определяет структуру мыслительного процесса.

Из изложенного следует вывод: учебная проблема для учителя является средством управления познавательной деятельностью ученика и формирования его мыслительных способностей. Для субъекта познания — ученика — учебная проблема служит стимулом активизации мышления, а процесс ее решения — способом превращения знаний в убеждения.

Раскрытие основных категорий теории позволяет перейти к рассмотрению вопросов самой технологии проблемного обучения. На первый план выдвигается вопрос об условиях возникновения проблемных ситуаций и их типизация.

В настоящее время еще не устоялось мнение относительно истинности понятий: возникновение и создание проблемных ситуаций. Мы придерживаемся мнения, согласно которому для ученика проблемная ситуация всегда возникает, а с точки зрения процесса преподавания она специально создается учителем путем применения особых методических приемов. Акцентирование внимания на последнем вопросе важно по двум причинам.

Во-первых, будущий учитель должен знать, что проблемное обучение представляет собой специально организуемый учителем процесс, основным отличием которого от традиционного является целенаправленное использование учителем проблемных ситуаций, возникающих объективно (по логике учебного предмета) и создаваемых преднамеренно.

Во-вторых, организация проблемного обучения требует знания правил создания проблемных ситуаций.

Исходя из вышеизложенного возникает необходимость рассмотрения некоторых часто используемых способов создания проблемных ситуаций.

  1.  Побуждение учащихся к теоретическому объяснению явлений, фактов, внешнего несоответствия между ними. Это вызывает поисковую деятельность учащихся и приводит к активному усвоению новых знаний.
  2.  Постановка учебных проблемных заданий на объяснение явления.
  3.  Побуждение учащихся к анализу фактов и явлений
    действительности. Противоречие в данном случае возникает
    между житейскими представлениями и научными знаниями
    об этих фактах.
  4.  Использование учебных и жизненных ситуаций, возникающих при выполнении учащимися заданий практического характера. Проблемные ситуации возникают при попытке учащихся самостоятельно достигнуть поставленной цели.
  5.  Побуждение учащихся к предварительному обобщению
    новых фактов.
  6.  Организация межпредметных связей.
  7.  Ознакомление учащихся с историческими фактами. На
    основе этого школьники сталкиваются с проблемными ситуациями, имевшими место в процессе становления изучаемой ими теории.

Общие закономерности возникновения проблемных ситуаций обобщены в типологии проблемных ситуаций.

Первый тип проблемных ситуаций возникает в случае осознания учащимися недостаточности имеющихся знаний (учащиеся не знают способа решения предложенной задачи, не могут дать объяснение новому факту или ответить на проблемный вопрос).

Второй тип проблемных ситуаций возникает при столкновении учащихся с необходимостью использовать ранее усвоенные знания в новых практических условиях.

Третий тип — возникает при наличии противоречия между теоретически возможным путем решения задачи и практической недоступностью избранного способа.

Четвертый тип — возникает тогда, когда имеется противоречие между практически достигнутым результатом выполнения учебного задания и отсутствием у учащихся знаний для его теоретического обоснования.

Выделение всего многообразия проблемных ситуаций в типы позволяет учителю управлять процессом учения школьников, опираясь не только на дидактическую компоненту (содержание учебного материала) проблемной ситуации, но и на ее психологическую или личностную составляющие (интересы ученика, его возможности, потребности и т. д.).

В практике обучения знание закономерностей процесса обучения преломляется и претворяется учителем в жизнь через систему упорядоченной и взаимосвязанной деятельности учителя и учащихся, то есть методы обучения, а также формы организации учебных занятий. Поэтому важным элементом теоретической подготовки учителя к использованию проблемного обучения в школе следует считать изучение им системы методов проблемного обучения.

При рассмотрении названных вопросов мы исходим из того, что в настоящее время общество заинтересовано в овладении молодым поколением опытом творческой деятельности и творческим отношением к выполняемой им работе. И поскольку этот опыт нельзя передать изучением творческого процесса как такового, перед школой возникает задача вовлечения учащихся в творческий процесс. Формирование опыта творческой деятельности следует осуществлять постепенно на протяжении всех лет обучения. Постепенность овладения опытом творческой деятельности определяет и различие методов, используемых для развития творческих способностей школьников.

Основным методом обучения опыту творческой деятельности является исследовательский. Назначение этого метода заключается в организации поисковой, творческой деятельности учащихся по решению проблем и проблемных задач.

Для успешного применения исследовательского метода учитель должен построить по своему предмету систему проблемных задач и проблем исследовательского характера. При решении этих заданий учащиеся должны пройти в большинстве случаев все этапы процесса исследования:

  1.  наблюдение и изучение фактов и явлений;
  2.  выявление непонятных явлений, подлежащих исследованию (постановка учебных проблем);
  3.  выдвижение гипотез;
  4.  построение плана исследования;
  5.  осуществление плана (выяснение связей изучаемого
    явления с другими);
  6.  формулирование решения, объяснения;
  7.  проверка решения;
  8.  практические выводы.

Поскольку исследовательский метод является основным (в том смысле, что его нельзя подменить другими), при котором обеспечивается максимальная самостоятельность обучаемых, встает вопрос о роли учителя в этом процессе.

На наш взгляд, при использовании исследовательского метода учитель должен:

  1.  Построить систему заданий, которая бы обеспечила
    творческое применение учащимися имеющихся у них знаний
    при решении основных проблем изучаемого курса. Задания
    должны составляться (или варьироваться) с учетом уровня
    подготовленности класса и усложняться по мере овладения
    учащимися опытом творческого усвоения учебного материала.
  2.  Контролировать и направлять ход работы учащихся,
    проверять итоги работы и организовать их обсуждение.

Умелое применение учителем исследовательского метода играет определенную роль в развитии творческих способностей учащихся до уровня, обеспечивающего дальнейшее самостоятельное продвижение в получении знаний и творческое их применение в своей практической деятельности. Именно поэтому исследовательский метод мы ставим на высшую ступень иерархической лестницы методов проблемного обучения.

Исследовательский метод предполагает готовность ученика к целостному решению проблемной задачи. Однако любое новое и сложное содержание поддается усвоению только поэлементно и пооперационно. Отсюда возникает задача подготовки учащихся к целостному подходу в решении проблемы, то есть к использованию исследовательского метода. Названная задача решается применением в учебном процессе эвристического или частично-поискового метода.

В этом случае затруднения учащихся при решении задачи преодолеваются ее расчленением на серию подзадач, заменой сложной задачи сходной, но более простой, чтобы затем вернуться к первой.

Наиболее распространенной и поэтому известной формой этого метода является эвристическая беседа, состоящая из серии взаимосвязанных вопросов, каждый из которых служит шагом на пути к решению проблемы и большинство которых требует от учащихся не только воспроизведения своих знаний, но и осуществления небольшого поиска. Эвристическая беседа отличается от репродуктивной. Вначале учитель ставит проблемную задачу. Возникает проблемная ситуация, на основе анализа которой учащиеся (самостоятельно или с помощью учителя) формулируют учебную проблему. Если проблема оказалась недоступной для решения, учитель членит ее на серию взаимосвязанных вопросов, каждый из которых является шагом к решению. Каждый из вопросов или часть их представляют подпроблемы, которые надо решать творчески. Остальные вопросы носят репродуктивный характер, но они нужны для актуализации данных, важных для решения. В конечном итоге все шаги последовательно должны привести к решению проблемы.

При эвристической беседе роль учителя состоит в том, что он направляет поиск, последовательно ставит проблемы (подпроблемы), формулирует противоречия, строит шаги этой беседы, а ученики самостоятельно ищут решение возникающих на каждом этапе подпроблем.

К эвристическому методу можно отнести и тот случай, когда в поиске решения проблемных задач учащиеся высказывают предположение или гипотезу, а ее анализ осуществляет учитель.

Следует четко отличить эвристический метод от исследовательского, предполагающего поиск решения целостной проблемной задачи. В то же время, без этапа частичных поисков овладеть опытом творческой деятельности невозможно.

Поскольку процесс овладения опытом творческой деятельности длителен и постепенен, вначале он должен проявиться в наиболее простых формах. В данном случае речь идет о простых формах участия учащихся в решении проблемных задач, выражающегося, в частности, в том, чтобы учащиеся видели перспективу и эталон культуры мышления, к которому им можно будет стремиться. Здесь следует говорить об образце хотя бы внешнего проявления творческой мысли, который показывает учитель. Эти функции выполняет метод проблемного изложения.

Сущность данного метода заключается в том, что он знакомит учащихся не только с решением проблем и их использованием, но и с логикой самого процесса решения. Различают два вида проблемного изложения:

1. Учитель с помощью имеющихся средств обучения
показывает историческую логику поиска проблемы, подлежащей усвоению.

2. Доказывает истинность сообщаемых знаний не в историческом плане, а с помощью современной системы доказательств.

Доказательное изложение учителем нового материала является одним из действенных факторов повышения эффективности процесса обучения и формирования на этой основе убеждений учащихся[1].

В ходе проблемного изложения учитель ставит проблемы, разъясняет гипотезы, строит мысленный эксперимент, делает выводы из различных вариантов решения и показывает необходимость их проверки. Иными словами, структура проблемного изложения в общих чертах аналогична структуре других методов проблемного обучения. Главное различие состоит в том, что все эти этапы проходит сам учитель. В отличие от информационного, проблемное изложение предусматривает не только восприятие, осознание и запоминание учеником излагаемого материала, но и обеспечивает то, что ученик следит еще за логикой доказательств, за движением мысли учителя, контролирует ее убедительность.

Проблемное изложение предполагает также участие самих учащихся в процессе поиска истины в форме прогнозирования следующего шага рассуждения или эксперимента. Как показывает практика, по мере развития учащихся это их соучастие в ходе проблемного изложения увеличивается.

Рассмотренные три метода формирования опыта творческой деятельности составляют систему методов проблемного обучения. Применение каждого метода предусматривает разную активность учащихся в решении учебной проблемы. Максимальная активность обеспечивается при исследовательском методе. Поэтому говорят, что высший уровень проблемности достигается при исследовательском методе обучения.

Следует оговорить, что в практике обучения часто встречается сочетание всех трех методов проблемного обучения. Кроме того, мы не разделяем полностью встречающегося в педагогической литературе мнения, что проблемное обучение представляет собой некоторый особый, самостоятельный тип обучения, который может заменить известные до сих пор типы, и что проблемные методы могут заменить другие. Речь может идти не о замене, а о разумном сочетании традиционных и активных методов обучения, вытекающих как из логики учебного материала, так и из целей, поставленных учителем на данном конкретном уроке.

Именно последней мыслью следует руководствоваться при изучении вопросов, касающихся форм организации занятий при проблемном обучении. Деление занятий на проблемные и непроблемные понимается нами не в абсолютном смысле, а в зависимости от доли методов работы, преобладающих на данном занятии.

Поскольку «главной причиной медленного внедрения достижений педагогической науки и новых методов обучения, новых дидактических идей в практику является низкий методический уровень организации и проведения урока» [11], в своей системе основное внимание мы уделяем рассмотрению вопросов, касающихся именно проблемного урока.

Взяв за основу получивший всеобщее признание принцип проблемности, все разновидности уроков можно разделить на проблемные и непроблемные.

Проблемным можно считать урок, на котором учитель целенаправленно создает ситуации для организации поисковой деятельности учащихся при приобретении или закреплении новых знаний и способов деятельности.

Особенностью проблемного урока является то, что повторение пройденного материала в большинстве случаев сливается с изучением нового. При этом осуществляется непрерывное повторение знаний и умений в новых связях и отношениях, за счет чего происходит возрастание объема знаний и их углубление.

Проблемный урок исследован многими авторами. В своей практике за основу характеристики проблемного урока с некоторыми уточнениями и дополнениями мы взяли подход, предложенный М.И. Махмутовым.

По основной дидактической цели уроки можно делить на три типа:

  1.  урок изучения нового материала;
  2.  урок совершенствования знаний, умений и навыков;
  3.  уроки контрольные.

Урок изучения нового материала — основной тип урока — решает ряд важных дидактических задач: усвоение новых понятий и законов, овладение новыми способами деятельности. Урок этого типа включает все звенья учебного процесса:

  1.  создание у учащихся стимулов к учению;
  2.  восприятие нового материала, приобретение новых
    знаний;
  3.  усвоение законов науки и формирование научных
    понятий;
  4.  закрепление знаний и привитие умений и навыков;
  5.  применение знаний, умений и навыков;

— проверка усвоения[1].

Содержанием второго типа урока является совершенствование знаний, умений и навыков учащихся.

Уроки третьего типа служат для оценки результатов работы учащихся, уровня усвоения системы понятий, сформиро-ванности умений и т.д.

Каждый из трех типов уроков в зависимости от видов деятельности учителя и учащихся можно разделить на виды. Проблемные уроки по видам формально мало чем отличаются от непроблемных. Отличие касается структуры и системы методов, используемых на уроке.

Основными структурными элементами проблемного урока являются:

Актуализация имеющихся знаний учащихся.

Усвоение новых знаний и способов действий.

Формирование умений и навыков.

Данная структура относится к внешним показателям учения, то есть не является показателем мыслительной деятельности учащихся. Внутреннюю часть структуры проблемного урока составляют:

1. Возникновение проблемной ситуации и постановка
проблемы.

  1.  Выдвижение предположений и обоснование гипотезы.
  2.  Доказательство гипотезы.
  3.  Проверка правильности решения проблемы.

Структура проблемного урока, представляющая собой сочетание внешних (логика процесса обучения) и внутренних (логика продуктивной мыслительной деятельности) элементов процесса обучения, создает возможности управления самостоятельной учебно-познавательной деятельностью ученика.

Для успешного решения основной задачи на проблемном уроке — организация и управление деятельностью учащихся по приобретению новых знаний и действий — учитель должен знать взаимосвязь внешних и внутренних элементов структуры проблемного урока. Отсюда возникает необходимость раскрытия этих вопросов перед студентами в курсе дидактики.

Актуализация имеющихся знаний.

Понятие «актуализация» многоаспектное. Необходимо его отличить от обычного репродуктивного повторения. Цель актуализации состоит в том, что имеющиеся знания следует сделать актуальными в данный момент, то есть активизировать работу памяти и подготовить опорные знания ученика для успешного восприятия и усвоения новых. Второй аспект актуализации затрагивает личностную сторону деятельности ученика: возбуждение интереса к рассматриваемой проблеме, создание эмоционального настроя, оценку готовности отдельных учеников к восприятию нового материала. Третий аспект — контроль учителя за состоянием знаний ученика, его умений и навыков. Виды деятельности ученика на этапе актуализации: устное или письменное изложение приобретенных ранее знаний, самостоятельная работа репродуктивного характера или решение задач, примеров и другие. Иными словами, понятие актуализация — более широкое, чем опрос, который может быть включен как составной элемент первого.

На этапе актуализации чаще всего создается проблемная ситуация, реже — формулируется учебная проблема. Следовательно, основная задача этого этапа состоит в подготовке учеников к самостоятельной поисковой деятельности или к активному восприятию нового материала (в зависимости от целей, поставленных учителем).

Усвоение новых знаний и способов действия.

Уже в названии этого элемента проблемного урока отражено его содержание: именно здесь усваиваются новые знания, раскрываются сущность новых понятий и способы умственной деятельности ученика. В связи со сказанным следует четко определить роль учителя на этом этапе. Его деятельность должна быть направлена на создание проблемной ситуации (в случае, если она не возникла при актуализации), формулировку учебной проблемы (или ее корректировку), помощь ученикам по выявлению новых данных или устранению некоторых логических ошибок, управление деятельностью учеников. Методы работы учителя могут быть самыми разнообразными: рассказ, лекция, беседа, демонстрация опыта или кинофильма и т. д.

Деятельность учащихся направлена на усвоение новых знаний в условиях проблемной ситуации. Эта задача может решаться ими как логическим путем, так и интуитивно (в зависимости от сложности учебной проблемы и уровня подготовленности учащихся). Методы работы: работа с учебной и справочной литературой, самостоятельное наблюдение или эксперимент, решение задач, составление схемы или чертежа экспериментальной установки и другие.

Формирование умений и навыков.

При постановке и решении учебных проблем учащиеся разрешают противоречия учебного познания. На этой основе происходит превращение знаний в убеждения. Однако глубокое усвоение полученных знаний происходит лишь в процессе его применения на практике. Поэтому важнейшим элементом проблемного урока следует считать этап формирования умений и навыков, при котором происходит отработка знаний и умений, а также умственных и практических действий.

К третьему этапу проблемного урока в большинстве случаев относят проверку правильности решения учебной проблемы. При сравнении внешней структуры урока с его внутренней структурой видно, что этап формирования умений и навыков (элемент внешней структуры) совпадает с этапом проверки правильности решения проблем (элемент внутренней структуры). Отсюда максимальная самостоятельность учащихся на данном этапе урока. Роль учителя должна заключаться в подготовке оптимального количества соответствующих изученному материалу заданий, предъявление последних учащимся (с учетом уровня их развития), управление процессом решения.

Как правило, домашнее задание не включается в дидактическую структуру проблемного урока как самостоятельный элемент и может быть задано на любом этапе.

Практика показывает, что не все элементы внешней и внутренней структуры урока могут быть равномерно представлены на каждом из них. Может чередоваться и их последовательность. В отличие от уроков непроблемных, в проблемных в течение одного урока все элементы внутренней структуры могут повторяться по нескольку раз в каждом элементе внешней структуры.

Кроме рассмотренных, в практических целях важно выделить еще методическую структуру урока, элементами которого являются различные учебные ситуации, характерные для конкретного предмета.

Учитель должен знать, что элементами дидактической (внешней) структуры урока являются дидактические задачи урока, элементами логико-психологической (внутренней) структуры — этапы познавательной деятельности (мыслительного процесса), а элементами методической структуры — формы, виды деятельности учителя и учащихся. Их органическое сочетание и представляет собой триединую структуру проблемного урока.

2.3 Проблемные ситуации – основное звено организации проблемного обучения, способы создания проблемных ситуаций в обучении физике

В психолого-педагогических исследованиях существует большое число определений проблемной ситуации. Все авторы в основном имеют сходную позицию, которая может быть сведена к следующему: проблемная ситуация представляет собой особый вид взаимодействия субъекта и объекта, при котором возникает явно или смутно осознанное затруднение, пути преодоления которого требуют поиска новых знаний и способов действий. В проблемной ситуации необходимо выделить четыре компонента: объект (изучаемый материал), субъект (обучаемый), мыслительное взаимодействие (процесс мышления, направленный на данный объект) и особенность этого взаимодействия. Среди них дидактическим элементом является учебный материал. Действительно, в учебном процессе всегда есть субъект, способный размышлять, и учебный материал, над которым можно размышлять. Однако часто учебный материал сам по себе не способствует появлению у обучаемых особого вида мыслительного взаимодействия (хотя они и взаимодействуют с учебным материалом). Такое взаимодействие не является проблемной ситуацией. Из сказанного вытекает, что те, кто непосредственно обеспечивает процесс обучения, призваны так организовать учебный материал, чтобы он способствовал появлению особого вида мыслительного взаимодействия ученика с учебным материалом.

Каким образом можно реализовать это в практике обучения? Ответ на поставленный вопрос дает психологическая наука: «Наличие в проблемной ситуации противоречивых данных с необходимостью порождает процесс мышления, направленный на их снятие» [16]. Следовательно, если в учебный материал вводить противоречивые данные или организовать и представлять его в форме противоречий, то он будет порождать процесс мышления, то есть обеспечит особый вид взаимодействия субъекта и объекта, и тем самым способствовать творческому усвоению знаний.

Встречаются различные формулировки понятия проблема. Одни авторы трактуют проблему как практическую или теоретическую трудность, которая должна быть преодолена путем исследовательской работы школьников [4]. Другие определяют данное понятие через понятия сложный вопрос, задача [12]. Часто определяют как сложный вопрос потому, что проблема, исходя из проблемной ситуации, формулируется в виде вопроса. Однако проблему можно представить как такую разновидность вопроса, ответ на который не содержится в накопленном знании и не может быть получен путем его преобразования известными старыми методами.

Не следует отождествлять также понятия проблема и задача, хотя они взаимосвязаны между собой — в основе проблемных задач лежит проблема. В реальном учебном процессе наблюдается следующее. Ученику дается проблемная задача, осознавая которую, он сталкивается с противоречием, рождающим проблемную ситуацию. При анализе проблемной ситуации он ставит вопрос, формулирует учебную проблему, после чего приступает к ее решению, тем самым решая поставленную задачу.

Дидактические и психолого-дидактическйе исследования, проведенные к настоящему времени, позволили выделить некоторые типы проблемного обучения, определяемые степенью самостоятельности учащихся в постановке проблем и их решении, и наметили способы создания проблемных ситуаций в различных учебных предметах.

Сделаны важные шаги на пути классификации и измерения степени сложности проблемных заданий. Например, А.М. Матюшкин изучил основные психолого-педагогические аспекты проблемной ситуации [13]. Т.В. Кудрявцев на основе экспериментальных данных выделил типы проблемных ситуаций из разных областей техники и производства [8]. И.А. Ильницкая исследовала роль проблемных ситуаций в учебном процессе [5].

В литературе по проблемному обучению встречаются два понятия: возникновение и создание проблемных ситуаций. М.И.Кругляк считает, что «неправомерно сказать, что учитель создает, т. е. конструирует ситуацию, поскольку сами ситуации имеют объективный характер и служат объективной основой для возникновения проблемы у субъекта» [4].

Мы придерживаемся точки зрения, согласно которой для ученика, то есть для субъекта учения, проблемная ситуация возникает, но с точки зрения процесса преподавания она специально создается учителем путем применения особых методических приемов (А.М. Матюшкин, М.И.Махмутов). Поэтому создание проблемных ситуаций следует рассматривать как средство организации проблемного обучения.

Одни проблемные ситуации возникают в ходе усвоения учебного материала (по логике учебного предмета) тогда, когда для ученика в этом материале есть что-то новое, еще непознанное. Иными словами, проблемная ситуация порождается учебной или практической ситуацией, которая содержит две группы элементов: данное (известное) и неданное, новое (неизвестное).

Другие проблемные ситуации, возникающие при непроблемном обучении, — это ситуации, обусловленные особенностями процесса обучения. Такие ситуации — следствие постановки учителем проблемного вопроса или проблемной задачи.

А.М. Матюшкин в своей работе [13] сформулировал шесть правил создания проблемных ситуаций; четыре правила управления процессом усвоения в проблемной ситуации; пять правил, определяющих последовательность проблемных ситуаций. Многие из этих правил можно считать дидактическими рекомендациями учителю по организации проблемного обучения.

Основные способы создания проблемных ситуаций могут быть найдены, если учителю известны общие закономерности их возникновения. В литературе по проблемному обучению имеются попытки сформулировать эти закономерности в виде типов проблемных ситуаций.

Одна и та же проблема может быть поставлена и как теоретическая, и как практическая.

Теоретические ситуации возникают в связи с постановкой теоретической проблемы, которая базируется на некоторых известных ученику общих положениях (путь познания «сверху» — Н.А. Менчинская). Проблема направлена на раскрытие общего положения, обосновывающего те действия, которые приобретаются учащимися, либо тех фактов, которые необходимо объяснить для понимания новых фактов или обоснования нового действия.

Суть практических ситуаций заключается в том, что учащийся сталкивается с некоторыми «интеллектуальными препятствиями», которые необходимо преодолеть для выполнения известного ему действия. Такого типа ситуации разработаны в психологических экспериментах при исследовании процесса мышления с помощью задач-головоломок. В практике обучения, как известно, встречаются не отдельные типы проблемных ситуаций, а их различные сочетания, наиболее характерные из которых выделены М.И. Махмутовым [12].

Первый тип. Учащиеся сталкиваются с необходимостью использовать ранее усвоенные знания в новых практических условиях. В данном случае они убеждаются, что имеющихся знаний, умений и навыков недостаточно для решения новых задач. Осознание этого факта учащимися возбуждает познавательный интерес и стимулирует поиск новых знаний.

Второй тип. Появляется противоречие между теоретически возможным путем решения задачи и практической неосуществимостью избранного способа.

Третий тип. Имеется противоречие между достигнутым результатом выполнения учебного задания и отсутствием у учащихся знаний для его теоретического обоснования.

Четвертый тип. Учащиеся не знают способа решения поставленной задачи, не могут ответить на проблемный вопрос, дать объяснение новому факту в учебной или жизненной ситуации, осознают недостаточность имеющихся знаний.

Использование в учебном процессе новых методов обучения и новых форм организации процесса обучения связано с ответом на вопрос: насколько они эффективнее уже имеющихся методов и форм организации учебных занятий.

Вопрос об эффективности применения непосредственно проблемного обучения находит широкое освещение в психолого-педагогической и методической литературе.

Во многих работах высказывается справедливая, на наш взгляд, мысль, что показателем эффективности проблемного обучения является качество знаний, под которым понимается прочное удержание знаний и умение ими пользоваться при решении задач.

В других работах отмечается, что проблемное обучение наиболее эффективно способствует развитию познавательной самостоятельности учащихся, так как, участвуя в процессе решения проблем, поиска новых знаний, школьники приобретают умение самостоятельно учиться.

Творческой функции проблемного обучения особое внимание уделяют М.И. Махмутов и И.Я. Лернер. Например, М.И. Махмутов, наряду с усвоением новых знаний, выделяет специфические функции проблемного обучения: а) воспитание навыков творческого усвоения (применение логических приемов или отдельных способов творческой деятельности); б) воспитание навыков творческого применения знаний в новой ситуации (применение полученных знаний в новой ситуации); в) формирование навыков творческой деятельности (овладение методами научного исследования) [11].

И.Я. Лернер отмечает следующие функции проблемного обучения: 1) определяющая — подготовка молодого поколения к творческому труду, к проявлению творческих потенций во всех сферах будущей деятельности, то есть формирование творческих черт у учащихся; 2) творческое усвоение знаний и способов деятельности, которое проявляется в гибкости, оперативности их по сравнению с готовыми знаниями; 3) производная от первых двух — творческое овладение методами современной науки [5].

Важность отмеченных функций проблемного обучения состоит в том, что они отвечают задаче, поставленной обществом перед школой: научить молодых людей творчески мыслить, подготовить их к жизни, к практической работе. В названных исследованиях приводятся данные, доказывающие, что использование проблемного обучения способствует развитию мышления не только сильных, но и слабых учащихся. Последние положения подтверждаются и результатами нашего исследования.

В следующей группе работ авторы (Н.Г. Дайри, М.И. Махмутов) указывают, что проблемное обучение является эффективным средством формирования мировоззрения и убеждений учащихся, поскольку при его применении складываются черты критического, творческого, диалектического мышления, а самостоятельное решение проблем служит средством превращения знаний в убеждения.

Имеются исследования влияния проблемного обучения на привитие учащимся познавательного интереса [14].

Многие авторы анализируют работы учащихся по проявлению теоретического мышления и доказывают, что в процессе проблемного обучения у школьников наиболее эффективно развиваются умения: устанавливать причинно-следственные связи, делать обобщения, доказывать истинность или ложность отдельных положений; появляется критичность мышления. Иными словами, овладение учащимися мыслительными операциями происходит в процессе деятельности по постановке и поиску решения проблем или проблемных задач.

Резюмируя изложенное, можно сказать, что в настоящее время выделены и определены основные категории проблемного обучения; проведена классификация проблемных ситуаций и учебных проблем; доказана эффективность использования проблемного обучения в учебном процессе. Наименее разработанными остаются вопросы внедрения теоретических разработок по проблемному обучению в практику работы общеобразовательной и высшей школы.

3 Методика использования проблемных задач при изучении физики

3.1 Проблемные задачи: содержание и сущность

На уроках решения задач доля самостоятельности в решении проблем больше, чем на других уроках. Учитель создает проблемную ситуацию и чаще всего формулирует проблему, то есть реализует первый этап логико-психологической структуры решения проблемы. Требуется заблаговременная и тщательная подготовка к проведению проблемных уроков с решением задач. При этом следует исходить из учета, по меньшей мере, двух условий.

Во-первых, на уроках решения задач происходит углубленное повторение материала изученного до этого. Это означает, что один из важных элементов проблемного обучения – элемент новизны для возникновения проблемной ситуации, для учеников уже раскрыт ранее.

Во-вторых, решаемые после актуализации теоретических знаний задачи и примеры позволяли расширять, углублять и показывать практическое значение теоретических знаний[1].

12. Почему, споткнувшись, человек падает вперед?

  1.  На чем основано  освобождение одежды от пыли при встряхивании?

Рисунок 2 – Цепь

  1.  Какие возможны способы насадки топора на топорище? На чем они основаны?

Задачи решают путем применения первого закона Ньютона к каждому конкретному случаю.

При решении этих задач учащиеся должны в первую очередь уяснить условие задачи, разобраться, о чем идет речь. Во-первых, необходимо выяснить, какое физическое явление наблюдается в данной ситуации. Очевидно, в данном случае наблюдается явление инерции, поэтому в построении цепи умозаключений опираются на физический закон, описывающий это явление. В рассматриваемом случае это первый закон Ньютона — закон инерции, формулировку которого ученики должны повторить при решении задачи.

Таким образом, например, заключают, что споткнувшийся человек падает вперед потому, что его ноги, задержанные каким-либо препятствием, останавливаются, а другие части тела по инерции продолжают движение вперед.

15. Каким приемом человек может быстро удвоить давление,
производимое им на пол?

Вначале проводят анализ физической сущности происходящего. В задаче спрашивается о давлении, а давление р, как известно, есть отношение силы давления F к площади S, на которую эта сила действует: . Значит, давление зависит как от силы давления F, так и от площади S.

Давление возрастет в два раза, если в два раза увеличится сила давления при той же площади. Этого можно достигнуть, взяв в руки дополнительный груз, равный весу человека. Но есть и другая возможность увеличить давление — уменьшить площадь опоры в два раза. Для этого человеку достаточно встать на одну ногу и несколько изменить свое1 положение, чтобы не нарушилось равновесие.

Рассмотрим теперь более сложные качественные задачи.

16. Как будут изменяться показания приборов в цепи (рис. 2)
при передвижении ползунка реостата влево? вправо?

Проведем анализ условия задачи. Амперметр показывает силу тока в цепи, вольтметр — падение напряжения на реостате. При перемещении ползунка реостата влево сопротивление реостата уменьшается, а при перемещении вправо — увеличивается. Как же будет меняться падение напряжения на реостате? Ответить на этот вопрос с помощью закона Ома для участка цепи не удастся.

Действительно, U = IR, но если R, например, увеличивается, то I уменьшается. Что происходит c произведением IR, сказать нельзя. В этом случае нужно пользоваться законом Ома для полной цепи ,  который можно записать также в виде IR + Ir = Е.

Так как IR = U — падение напряжения на реостате, то, учитывая, что Е = const и U = const, можно заключить следующее.

При перемещении ползунка реостата влево его сопротивление R уменьшается, а сила тока в цепи возрастает. Показания амперметра увеличиваются. Одновременно возрастает и падение напряжения на внутреннем сопротивлении элемента — Ir, а падение напряжения на реостате уменьшается. Показания вольтметра уменьшаются.

При перемещении ползунка реостата вправо R возрастает, сила тока I уменьшается, U увеличивается. Показания амперметра уменьшаются, а вольтметра — увеличиваются.

Правильность ответа легко проверить опытом. При использовании эксперимента рассматриваемая задача будет являться качественной экспериментальной задачей.

Рассмотрим несколько примеров демонстрационных экспериментальных задач[15].

17. На концах равноплечного рычага подвешены два тела равной массы, но разного объема.

Сохранится ли равновесие, если тела опустить в воду?

В беседе выясняют, что при погружении тела в воду на него будет действовать выталкивающая сила. Ее величина пропорциональна объему тела и плотности жидкости. На меньшее по объему тело будет действовать меньшая выталкивающая сила. Поэтому в воде перетянет тело меньшего размера. Ответ проверяют опытом.

Как видим, эксперимент в этой задаче играет вспомогательную роль. Задача может быть решена и без него, но от этого она значительно проиграет.

19. Собрана установка, схема которой показана на рисунке 3. R1 и R2— демонстрационные магазины сопротивлений. Определить показания вольтметра V2, шкала которого закрыта.

Рисунок 3 – Схема

установки

Решение.   Анализируют  схему и устанавливают, что сопротивления R1 и R2 соединены последовательно. Записывают показания вольтметра V1 а также значения сопротивлений R1 и R2.

При последовательном соединении падения напряжения пропорциональны величинам сопротивлений, поэтому можно записать: U1 : U2 = R1:R2, откуда U1 = U1.

После того как вычислено значение U2, учитель открывает шкалу, и учащиеся проверяют правильность решения задачи по показаниям прибора.

Лабораторные экспериментальные задачи — это разновидность фронтального эксперимента. Их отличительной чертой является самостоятельное выполнение учащимися соответствующих опытов или наблюдений для получения необходимых в задаче данных.

18. Какой максимальный груз может выдержать в пресной воде
плот, связанный из 25 сосновых бревен. Объем каждого бревна
составляет в среднем 0,8 м
3.

Разобрав условие задачи, делаем сначала чертеж (рис. 4). Решение выполняем по вопросам.

  1.  Каков объем бревен плота? V = 0,8 м3 · 25 = 20 м3.
  2.  Чему равна масса плота? По таблице находим, что масса 1 м3
    древесины равна 500 кг. Mп = 500 кг · 20 = 10 000 кг.
  3.  Каков вес плота? Р = 9,8 н · 10 000 = 98 000 н.
  4.  Чему равна масса вытесненной воды при полном погружении
    плота в воду? По таблице находим, что масса 1 м
    3 воды равна 1000 кг.
    mп = 1000 кг · 20 = 20 000 кг.
  5.  Каков вес вытесненной воды? Рв = 9,8 н · 20 000=196 000 к.

6. Чему равен вес груза? F = 196 000 н — 98 000 н = 98 000 н.

Алгебраический метод. При этом методе применяют имеющиеся у учащихся знания по алгебре, используют формулы, составляют и решают уравнения. Наиболее простой случай применения алгебраического метода состоит в решении задач по готовой формуле. Рассмотрим для примера следующую задачу[17].

19. Определить сопротивление километра медного провода сечением 10 мм2.

Сопротивление провода находят по формуле . Удельное сопротивление находят по таблице  ρ = 0,017 .

.

Рисунок 4 – Чертеж плота

Рисунок 5 – Чертеж к задаче 20

20. Посредине троса длиной l = 10 м подвесили фонарь массой m = 10 кг. Определить силу натяжения троса, если стрела прогиба h = 0,5 м.

Сделаем чертеж (рис. 5,а). Силу тяжести F разложим на две составляющие F1 и F2, направленные вдоль частей троса (рис. 5,б).

Нетрудно  доказать, что F1 = F2, MN = и ΔОМВ~ ΔMNF1.

Из подобия треугольников следует: . Так  как   стрела прогиба невелика, примем, что MB = , тогда . Отсюда

Искомое натяжение троса равно по величине и противоположно по направлению силе F1.

Приведем пример решения задачи аналитическим и синтетическим способами.

21. В шахту равноускоренно опускается бадья массой 280 кг. За первые 10 сек она прошла 35 м. Определить натяжение каната.

Аналитический способ

Бадья спускается на канате, вниз направлена сила тяжести (mg), а вверх— натяжение каната (Fн). Раз бадья движется вниз, то равнодействующая R = mgFн. По II закону Ньютона

R=ma, т. е. mg—Fн=ma,

где а—ускорение движения бадьи. Искомое натяжение каната Fн=mgma.

Из этого выражения неизвестно нам лишь а. Найдем его с помощью формулы s=. Получаем а=. Следовательно, Fн = mg-=m(g-).

Fн = 280кг · (9,8)2500н.

Логику рассуждений можно пояснить особой записью решения задачи, вводя стрелки, как это показано ниже.

Анализ mgFн = та →  Fн = mg — та → a=

Окончательно Fн = т(g-).

Синтетический способ

Бадья движется равноускоренно, следовательно, s =. Из уравнения равноускоренного движения (если известны путь s и время движения t) можно определить ускорение . Бадья приобретает это ускорение под действием равнодействующей R. По второму  закону   Ньютона можно записать . Бадья движется вниз, на нее действуют две силы: сила тяжести F = mg и сила натяжения каната Fн. Равнодействующая этих сил    R = mg FH = та.

Откуда FH = mg— та= m(g — а)=.  Как видно, мы пришли к тому же самому значению FH что и аналитическим способом[3].

22. По графику (рис. 6) описать движение тела, определить время, путь и ускорение на отдельных участках пути.

Рисунок 6 – График движения тела

Анализируя график, учащиеся должны, во-первых, установить, что он выражает зависимость скорости от времени. Начальная скорость тела v0 = 0. К моменту времени t = t1 тело приобрело скорость . От момента времени t = 0 до t = t1 скорость увеличивалась. На графике приведена линейная зависимость скорости и от времени t, следовательно, тело двигалось равноускоренно. В промежутке времени t1t2 скорость не изменялась. Тело двигалось равномерно. Определим ускорение для промежутка времени

(0 — t1). = а1t1, отсюда а1 =. Для промежутка времени t1t2 ускорение  a=0. Путь s1 пройденный телом при равноускоренном движении за время t1 численно равен площади треугольника OAD.

Таким образом, с помощью графика получена важная формула пути для равноускоренного движения при условии, если начальная скорость равна 0.

Путь S за время t2 численно равен площади трапеции ОАВC

3.2 Решение проблемных задач при изучении раздела «Механика»

23. Начнем с обычной постановки задачи: тело брошено под углом а к горизонту с начальной скоростью v0. Надо определить время Т полета, максимальную высоту Н подъема  и дальность L полета.

Дано:                                      Решение:

v0  

 T, H, L−?

                           

Рисунок 7 – График к задаче 23

Как обычно, задача начинается с выявления сил, действующих на тело. На тело действует только сила тяжести, поэтому в горизонтальном направлении оно перемещается равномерно, а в вертикальном направлении — равнопеременно с ускорением g. Будем рассматривать вертикальную и горизонтальную составляющие движения тела по отдельности, для этого разложим вектор начальной скорости на вертикальную (v0sinα) и горизонтальную (v0cosα) составляющие. Горизонтальная составляющая скорости тела во время полета остается постоянной, тогда как вертикальная составляющая скорости изменяется, что показано на рисунке 7. Начнем рассматривать вертикальную составляющую движения. Время полета Т= T1+ T2, где T1 — время подъема (тело движется по вертикали равнозамедленно), T2 — время спуска (тело движется по вертикали равноускоренно). Вертикальная скорость тела в наивысшей точке траектории (в момент времени t= T1) равна, очевидно, нулю. С другой стороны, эта скорость может быть выражена при помощи формулы зависимости скорости равнозамедленного движения от времени. Отсюда получаем

0=v0 sinα - gT1

или

T1= v0sinα/g. (1)

Зная T1, находим

Н=v0sinα T1 - g/2 =   (2)

Время спуска T2 можно вычислить, рассмотрев падение тела с известной высоты Н без начальной вертикальной скорости:

Сравнивая этот результат с (1), видим, что время спуска равно времени подъема. Полное время полета есть

T = 2v0sinα/g. (3)

Для нахождения дальности полета L необходимо обратиться к горизонтальной составляющей движения тела. Как уже отмечалось, по горизонтали тело перемещается равномерно. Отсюда находим

. (4)

Из (4) видно, что если углы бросания двух тел составляют в сумме 90°, то при равенстве величин начальных скоростей оба тела упадут в одну и ту же точку.

24. Теперь усложним задачу. Предположим, что на тело действует с постоянной силой F попутный горизонтальный ветер. Вес тела равен Р. Требуется, как и в предыдущем случае, найти время полета Т, высоту Н и дальность L.

Дано:                                      Решение:

v0                            В отличие от предыдущей задачи горизонтальное

F                      перемещение тела не является теперь равномерным;

P                      тело движется по горизонтали с ускорением

 T, H, L−?        Поскольку сила ветра действует горизонтально, то она

                       не может влиять на вертикальное перемещение тела.

Время полета Т и высота Н определяются из рассмотрения вертикального перемещения тела. Поэтому они будут такими же, как и в предыдущей задаче.

Зная горизонтальное ускорение и время полета, находим дальность полета

или

.    (5)[18]

25. Далее рассмотрим новую задачу: тело бросают под углом а к наклонной плоскости, которая образует с горизонтом угол β (рис. 8). Начальная скорость тела равна v0. Требуется найти расстояние L о точки бросания до точки падения тела.

Дано:                                      Решение:

v0  

β

P

 T, H, L−?

                                

Рисунок 8 – График                   Рисунок 9 – Рисунок 8

движения тела                            повернут на угол β

Мысленно повернем рисунок этой задачи на угол β так, чтобы наклонная плоскость стала горизонтальной (рис. 9). После такого поворота сила тяжести становится уже не вертикальной. Разложим ее на вертикальную (Рcosβ) и горизонтальную (Рsinβ) составляющие. Получена предыдущая задача, в которой роль силы ветра играет сила Рsinβ, а роль веса — сила Рcosβ. Поэтому для определения искомого расстояния L можно воспользоваться результатом (5) при условии, что в нем будут произведены замены:

F→ Рsinβ,   P→ Рsinβ,   ggcosβ

Таким образом, находим

(6)

При 5=0 этот результат совпадает с выражением (4).

26. Груз массы т начинает скользить без трения с верхнего конца наклонной грани клина, лежащего на горизонтальной плоскости, причем между клином и плоскостью трение также отсутствует. Масса клина М, угол наклонной грани клина с горизонтом α. Найти ускорение груза и клина относительно плоскости, силу давления груза на клин и клина на плоскость[19].

Дано:                                      Решение:

 т

М

α

 

а1, а3, N, R −?

                           

                         Рисунок 10 – Схема к задаче 26

Рассмотрим силы, действующие на груз т и клин М (рис. 10). На груз т действуют: его вес mg и сила давления клина N. На клин действуют: его вес Mg, сила давления  груза  N' и   сила давления плоскости R.

Под действием горизонтальной составляющей силы давления груза клин движется влево относительно плоскости с некоторым горизонтальным ускорением а1, определяемым уравнением

(7)

В вертикальном направлении клин не имеет ускорения, поэтому

 (8)

Обозначим составляющие ускорения груза т относительно клина — горизонтальную через а2, и вертикальную через а3. Тогда составляющие ускорения груза относительно плоскости будут — горизонтальная а2 а1 и вертикальная а3. Эти ускорения определяются уравнениями

    (9)

и

,      (10)

причем,   очевидно,  N' = N и

a3=a2tgα.         (11)

Из уравнений (10), (11), (9) и (7) находим силу давления груза на клин

        (12)

Теперь из уравнения (8) можно найти силу давления клина на плоскость

Далее из (7) и (12) находим ускорение клина

      (13)

Из (8), (12) и (13) получаем горизонтальную составляющую ускорения груза относительно клина

        (14)

и горизонтальную составляющую ускорения груза относительно плоскости

.

Из (14) и (11) находим вертикальную составляющую ускорения груза относительно плоскости

27. На наклонной плоскости с углом наклона 30° лежит цилиндр веса Р. Цилиндр удерживается в состоянии покоя с помощью огибающей его нити, один конец которой закреплен на наклонной плоскости, а другой натянут вертикально вверх с силой Q. Чему равна сила Q?

Дано:                                      Решение:

α=30°

P  

Q−?

                           

Рисунок 11 – Схема к задаче 27

Так как цилиндр находится в равновесии, то сумма проекций всех сил, действующих на цилиндр, на любое направление должна равняться нулю. Спроектируем все силы на вертикальное направление (рис. 11), получим уравнение

Спроектируем все силы на горизонтальное направление, получим уравнение

Из этих двух уравнений легко находим

Q=P/3

28. Колесо радиуса R и массы m стоит перед ступенькой высоты h (рис. 12). Какую наименьшую горизонтальную силу F надо приложить к оси колеса O, чтобы оно могло подняться на ступеньку?  Трение  не  учитывать.

Дано:                                      Решение:

R 

m

h

F−?

                           

                              Рисунок 12 – Схема к задаче 28

При подъеме на ступеньку колесо должно вращаться вокруг точки А   (рис.   12). Для этого нужно, чтобы момент силы F относительно точки А был больше или равен моменту силы тяжести колеса относительно той же точки.

Опуская перпендикуляры из точки А на направления силы тяжести и силы F, найдем плечи этих сил АВ и АС. Для того чтобы колесо вкатилось на ступеньку, должно выполняться неравенство

или

Так как AC=R-h,

,

получаем окончательно

и если h«R, то

29. Пуля массы m попадает в деревянный брусок массы М, подвешенный на нити длиной l, и застревает в нем. Определить, на какой угол отклонится маятник, если скорость пули v.

Дано:                                      Решение:

m

M

l

 α−?

                           

Рисунок 13 – Схема к задаче 29

Решить эту задачу сразу используя закон сохранения энергии нельзя, так как часть энергии пули перейдет во внутреннюю энергию. Будем использовать закон сохранения количества движения: пуля массы m, летя со скоростью v, обладает количеством движения mv. После того как пуля застряла в бруске, тем же количеством движения будет обладать брусок вместе с пулей (абсолютно неупругий удар). Следовательно, скорость , которую приобретает брусок сразу после попадания в него пули, определится из закона сохранения количества движения: . При этом кинетическая энергия бруска с пулей будет

Затем брусок будет подниматься, и эта кинетическая энергия превращается в потенциальную. Так как вся масса (М+m) практически находится на расстоянии l от точки подвеса А (рис. 13), то центр тяжести, вследствие отклонения маятника на угол α, поднимается на высоту . При наибольшем отклонении α0 потенциальная энергия должна быть равна начальной кинетической энергии, т. е.

Отсюда угол, на который отклоняется маятник, определяется соотношением

30. Пользуясь классическими формулами скоростей двух шаров после удара

,

,

где v1, v2—скорости шаров до удара, — после удара, показать, что скорость центра тяжести двух шаров после удара (независимо от характера удара) равна скорости центра тяжести этих шаров до удара.

Решение:

Используем классические формулы скоростей шатров после упругого удара:

,

Скорость центра тяжести шаров после удара выразится так:

.

Подставим в это выражение значения . Тогда легко получим, что скорость центра тяжести шаров после упругого удара будет равна , что совпадает со скоростью центра тяжести этих шаров до удара.

При неупругом ударе оба шара движутся вместе, т. е. с одной и той же скоростью. Поэтому их центр тяжести движется с этой скоростью, которая также выражается соотношением .Следовательно, при неупругом ударе имеет место та же закономерность. Таким образом, количество движения центра тяжести системы шаров до и после удара не изменяется. В частности, если до удара центр тяжести шаров покоился, то и после удара (как упругого, так и неупругого) центр тяжести будет оставаться неподвижным. То, что справедливо для шаров, является справедливым для любой системы материальных точек. Выведенную нами закономерность следует рассматривать как иную формулировку закона сохранения количества движения, т. е. при отсутствии внешних сил центр тяжести системы материальных точек сохраняет свое количество движения, а следовательно, и свою скорость. Это положение иногда позволяет проще решать некоторые задачи механики[9].

3.3 Проверка эффективности разработанной методики в учебном процессе

В данном исследовании в качестве одной из главных задач ставилась задача проверки эффективности применения проблемного обучения в школе. Данная проверка была организована на конкретном предметном содержании  и проведена в повторении механики в старших классах.

Экспериментально-педагогическое исследование проводилось в общеобразовательных школах в форме экспериментального обучения.

Педагогический эксперимент проводился в три основных этапа:

- создание методики

- проверка эффективности методики

- анализ полученных результатов

Первый этап.

На первом этапе стало ясно, что многие задачи можно преподносить, как проблемные. Были подобраны задачи для решения учениками на уроках, а так же во внеурочное время.

Для решения поставленной задачи были выбраны два класса примерно одинакового уровня подготовленности. В одном обучение проводилось с использованием проблемных задач, в другом – с использованием предлагаемых задач. В обоих классах занятия проводил один учитель.

Экспериментальное преподавание затрагивало методы работы учителя и учащихся, но не содержание и структуру изучаемого материала. Иными словами, на первом этапе исследовалось влияние методов обучения на глубину и прочность усвоения школьниками учебного материала.

В ходе учебного процесса были выявлены большая активность учащихся экспериментального класса, самостоятельность и можно было судить о большой эффективности данной методики.

Контроль за усвоением в обоих классах осуществлялся на каждом уроке в устной и письменной форме, фронтально и индивидуально. В конце изучения раздела проводилось тестирование. Содержание теста в обоих классах было одинаковым. На основе анализа результатов обучения в контрольных и экспериментальных классах была предварительно доказана эффективность проблемного изучения раздела «Механика».

Второй этап.

Данное экспериментальное обучение было организовано в средней общеобразовательной школе №32 г. Саранска и проводилось в период педагогической практики.

Более подробно остановимся на организации методики изучения раздела «Механика» в экспериментальных классах. Учащиеся занимались по существующим учебникам и задачникам. Для руководства работой учителей были подготовлены специальные инструкции. В них разъяснялись особенности, как всего раздела, так и каждой темы в отдельности, место темы в разделе. Приводилось примерное планирование учебного материала. В методических разработках указывались также  задачи для решения в классе и дома.

Третий этап.

Решающим критерием эффективности любого педагогического процесса следует считать результаты обучения, показывающие, на сколько успешно был усвоен предлагаемый материал при традиционной и предлагаемой методике.

При сравнительном изучении эффективности обучения за основу принимаются наиболее существенные критерии: объем, систематичность, осмысленность, прочность и действенность знаний. При проверке эффективности предлагаемой методики мы уделяем главное внимание: осмысленности – осознанность учащимися учебного материала, умение ответить на видоизмененные вопросы, применение теоретических знаний к объяснению явлений и решению новых задач и вопросов; прочности; действенности – умение пользоваться знаниями в разнообразной познавательной и практической деятельности; их соответствию современному уровню науки.

С целью сравнения уровня усвоения материала по традиционной и экспериментальной методикам после завершения изучения раздела была предложена контрольная работа.

Содержание контрольной работы позволяло проверить знания учащихся, в основном, по всему разделу.

Оценка выполнения контрольной работы проводилась по пятибалльной системе. Результаты теста в экспериментальных и контрольных классах приводятся в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 – Результаты контрольной работы в экспериментальных классах.

Число уч-ся, выполнявших тест

Число уч-ся, выполнивших тест на

5

4

3

2

Итого

27

7

11

6

3

%

100

25,93

40,74

22,22

11,11

Таблица 2 – Результаты контрольной работы в контрольных классах.

Число уч-ся, выполнявших тест

Число уч-ся, выполнивших тест на

5

4

3

2

Итого

24

5

7

9

3

%

100

20,83

29,16

37,5

12,5

Сравнение данных показывает, что успешное усвоение учебного материала в экспериментальных классах составляет 88,88%, тогда как в контрольных классах тот же показатель равен 87,5% от общего числа выполнявших контрольную работу. Кроме того, число учащихся, выполнивших контрольную работу на оценки «5» и «4» в экспериментальных классах на 16 с лишним процентов выше, чем в контрольных классах.

Представленные в таблицах 1 и 2 результаты выполнения контрольных работ позволяют сделать следующий вывод: различие в знаниях учащихся о колебательных процессах между экспериментальными и контрольными классами статистически значимо.

На основании анализа результатов проведенного эксперимента можно заключить, что преподавание раздела «Механика» с применением проблемных задач, обеспечивает не только более прочное усвоение основных понятий и законов изучаемой теории, но также большую осмысленность и действенность приобретаемых учащимися знаний.

Проведенное исследование позволяет подтвердить положение о том, что обучение с применением проблемных задач в старших классах является одним из важных средств активизации учебного процесса и повышения на этой основе качества знаний учащихся.

В педагогическом эксперименте было задействовано более 50 учащихся и его результаты позволяют составить мнение об эффективности предлагаемой методики изучения раздела.

Заключение

Решение проблемных физических задач очень важно для более легкого понимания и изучения всего курса физики.

В данной дипломной работе были изучены физические задачи и их роль в умственном развитии учащихся, проблемное обучение и его роль в умственном развитии учащихся. Так же была рассмотрена проблемные задачи из раздела «Механика» общие методики их решения. Кроме того изучена методика проведения занятий по решению проблемных физических задач. Выполнение данной работы позволило показать ценность проблемных физических задач как метода обучения физики.

Был изучен ряд книг и электронных источников, чтобы составить общую и целостную картину о методике решения физических задач, которая изложена в данной дипломной работе.

Теоретическая и практическая значимость выполненного дипломного исследования заключается в том, что его результаты могут быть использованы учителями общеобразовательных учреждений в своей работе, студентами высших и средних учебных заведений при выполнении дипломных и курсовых работ.

Список использованных источников

  1.  Абушкин, Х.Х. Проблемное обучение – учителю / Х.Х. Абушкин. – Саранск: Мордов. кн. изд-во, 1996. – 176 с.
  2.  Александров, П.А. Методика решения задач по физике в средней школе / П.А. Александров, И.М. Швайченко, - Л.:Учпедгиз, 1948
  3.   Балаш, В. А. Задачи по физике и методы их решения / В.А. Балаш, - М.: Просвещение, 1974. – 430с.
  4.  Гайфуллин, В.Г. Организация и методика проблемных уроков физики: учебное пособие к спецсеминару / В.Г. Гайфуллин. – Казань, 1980. – 112с.
  5.  Ильницкая,  И.А. Проблемные ситуации как средство активизации мыслительной деятельности учащихся на уроках / И.А. Ильницкая,: Канд. дисс. – М.,1972.
  6.  Казаченко, К.И. Основные вопросы методики решения физических задач / К. И. Казаченко, - М.: Учпедгиз, 1945
  7.  Каменецкий, С.Е. Методика решения задач по физике средней школе. Пособие для учителей  / С.Е. Каменецкий, В.П.  Орехов, - М.: Просвещение, 1971. - 448с.
  8.  Кудрявцев, Т.В. Исследование и опыт проблемного обучения / Т.В. Кудрявцев, М.: Высшая школа, 1969
  9.  Ланге, В.Н. Экспериментальные физические задачи на смекалку: Учебное руководство / В.Н. Ланге, М.: Наука, 1985. – 128с.
  10.  Леонтьев, А.Н. Опыт экспериментального исследования мышления / А.Н. Леонтьев, - М., АПН РСФСР, 1981.  
  11.  Махмутов, М.И. Организация проблемного обучения в школе. Книга для учителей / М.И. Махмутов, – М., «Просвещение», 1977. – 240 с.
  12.  Махмутов, М.И. Проблемное обучение. Основные вопросы теории / М.И. Махмутов, – М., «Педагогика», 1975. – 368 с.
  13.  Матюшкин, А. М.  Проблемные ситуации в мышлении и обучении / А. М.  Матюшкин, М.: Педагогика, 1972. — 186с.
  14.  Разумовский, В.Г. Развитие творческих способностей учащихся в процессе обучения физике. Пособие для учителей / В.Г. Разумовский, М.: Просвещение, 1975. – 272с.
  15.  Разумовский, В.Г. Творческие задачи по физике в средней школе / В.Г. Разумовский, М.: Просвещение, 1966. – 156с.
  16.  Рубинштейн, С.Л. Основы общей психологии / С.Л. Рубинштейн, - М.: Педагогика, 1989.
  17.  Сперанский, Н.М. Как решать задачи по физике / Н.М. Сперанский, - М.: Высшая школа, 1967
  18.  Тарасов, А.В. Вопросы и задачи по физике / А.В. Тарасов, Л.Н. Тарасова, - М.: Высшая школа, 1968. – 239с.
  19.  Шаскольская, М.П. Сборник избранных задач по физике / М.П. Шаскольская, И.А. Эльцин, - М.: Наука, 1969. - 224с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16650. ДОГОВОР ПЕРЕВОДА ДОЛГА ПО РОССИЙСКОМУ ГРАЖДАНСКОМУ ПРАВУ 301.33 KB
  ДОГОВОР ПЕРЕВОДА ДОЛГА ПО РОССИЙСКОМУ ГРАЖДАНСКОМУ ПРАВУ Материал подготовлен с использованием правовых актов по состоянию на 7 декабря 2000 года В.А. БЕЛОВ Белов Вадим Анатольевич доцент кафедры гражданского права юридического факультета МГУ им. М.В. Ло...
16651. ЮРИДИЧЕСКАЯ ПРИРОДА СДЕЛОК С АКЦИЯМИ, ВЫПУСК КОТОРЫХ НЕ ПРОШЕЛ ГОСУДАРСТВЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ 82.37 KB
  ЮРИДИЧЕСКАЯ ПРИРОДА СДЕЛОК С АКЦИЯМИ ВЫПУСК КОТОРЫХ НЕ ПРОШЕЛ ГОСУДАРСТВЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ Материал подготовлен с использованием правовых актов по состоянию на 9 февраля 1999 года В.А. БЕЛОВ Белов Вадим Анатольевич доцент кафедры гражданского права юридиче...
16652. ПРЕДМЕТ ДОГОВОРА СИНГУЛЯРНОЙ СУКЦЕССИИ (УСТУПКИ ТРЕБОВАНИЯ) 77.61 KB
  ПРЕДМЕТ ДОГОВОРА СИНГУЛЯРНОЙ СУКЦЕССИИ УСТУПКИ ТРЕБОВАНИЯ Материал подготовлен с использованием правовых актов по состоянию на 7 декабря 2000 года В.А. БЕЛОВ В.А. Белов доцент кафедры гражданского права юридического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова кандид...
16653. ПЕРВЫЕ ШАГИ ЗАКОНА ОБ АО 33.11 KB
  ПЕРВЫЕ ШАГИ ЗАКОНА ОБ АО Материал подготовлен с использованием правовых актов по состоянию на 17 января 2002 года В.А. БЕЛОВ Белов Вадим Анатольевич кандидат юридических наук доцент кафедры гражданского права юридического факультета МГУ. Большинство измен...
16654. РОССИЙСКИЙ АКЦИОНЕРНЫЙ ЗАКОН 22.83 KB
  РОССИЙСКИЙ АКЦИОНЕРНЫЙ ЗАКОН Материал подготовлен с использованием правовых актов по состоянию на 20 декабря 2001 года В.А. БЕЛОВ Белов Вадим Анатольевич доцент кафедры гражданского права юридического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова кандидат юридических на...
16655. ФОРМА ДОГОВОРА УСТУПКИ ТРЕБОВАНИЯ И ПОСЛЕДСТВИЯ ЕЕ НЕСОБЛЮДЕНИЯ 34.71 KB
  ФОРМА ДОГОВОРА УСТУПКИ ТРЕБОВАНИЯ И ПОСЛЕДСТВИЯ ЕЕ НЕСОБЛЮДЕНИЯ Материал подготовлен с использованием правовых актов по состоянию на 29 ноября 2000 года В.А. БЕЛОВ Белов Вадим Анатольевич доцент кафедры гражданского права юридического факультета МГУ им. М.В....
16656. УВЕДОМЛЕНИЕ ДОЛЖНИКА ОБ УСТУПКЕ ТРЕБОВАНИЯ И ЕГО ЮРИДИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ 38.53 KB
  УВЕДОМЛЕНИЕ ДОЛЖНИКА ОБ УСТУПКЕ ТРЕБОВАНИЯ И ЕГО ЮРИДИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Материал подготовлен с использованием правовых актов по состоянию на 29 ноября 2000 года В.А. БЕЛОВ Белов Вадим Анатольевич доцент кафедры гражданского права юридического факультета МГУ
16657. ЮРИДИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ГОСУДАРСТВЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПРАВ НА НЕДВИЖИМОСТЬ И СДЕЛОК С НЕДВИЖИМОСТЬЮ 58.9 KB
  ЮРИДИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ГОСУДАРСТВЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПРАВ НА НЕДВИЖИМОСТЬ И СДЕЛОК С НЕДВИЖИМОСТЬЮ Материал подготовлен с использованием правовых актов по состоянию на 13 сентября 2002 года В.А. БЕЛОВ Белов Вадим Анатольевич доцент кафедры гражданского права юр...
16658. КОЛИЧЕСТВО, ПЕРЕХОДЯЩЕЕ В КАЧЕСТВО 48.76 KB
  КОЛИЧЕСТВО ПЕРЕХОДЯЩЕЕ В КАЧЕСТВО Материал подготовлен с использованием правовых актов по состоянию на 7 декабря 2000 года В.А. БЕЛОВ Белов Вадим Анатольевич доцент кафедры гражданского права юридического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова кандидат юридичес