Формирование умений учащихся решать физические задачи: эвристический подход

Оренбургский государственный педагогический университет

Физико-математический факультет

Кафедра теоретической физики и ИТО Курсовая работа

«Формирование умений учащихся решать физические задачи:

эвристический подход»

 

Выполнила:

студентка 4 курса ФМФ

Косарева Е.В.

Руководитель:

кандидат пед. наук,

профессор кафедры

теоретической физики и

ИТО Ильясова Т.В.

Оренбург 2006 г.

Содержание

Введение------------------------------------------------------------------ 3

§1 Что такое задача, классы, виды и этапы решения задач.--------------5

§2 Сущность эвристического подхода в решении задач по физике----12

2.1. Понятие эвристики и эвристического обучения.------------------ 12

2.2. Характеристика эвристических методов (Педагогические приемы

и методы на основе эвристик)---------------------------------------------- 20

Заключение------------------------------------------------------------------------ 32 Литература------------------------------------------------------------------------- 34 Введение

Для чего решаются задачи в школе? Общий ответ: для того, чтобы научиться решать задачи жизни, науки, техники. Очень важно выделять в окружающей жизни задачи, т.е. ставить вопросы. Значение физические задачи имеют для формирования творческих способностей учащихся, таких черт характера как воля, аккуратность, наблюдательность и многих других качеств. Успешное решение физических задач - залог успехов в понимании физики.

Решение физических задач играет большую роль в формировании навыков самостоятельной работы. Именно это умение наиболее полно характеризует уровень усвоения знаний, показывает, как ученики могут практически применять имеющиеся знания. Энрико Ферми утверждал, что “человек знает физику, если он умеет решать задачи”. [6]

 Физическая задача – это ситуация, требующая от учащихся мыслительных и практических действий на основе законов и методов физики, направленных на овладение знаниями по физике и на развитие мышления. [3] Решение задачи – это процесс, показывающий творческую деятельность человека, решающего данную задачу. [11]

 Способы решения традиционных задач хорошо известны: логический, математический, экспериментальный. Методика обучения этим способам опирается на алгоритмические или полуалгоритмические модели. Но при решении творческих задач эти методы порой оказываются бессильными.

Нестандартные задачи требуют нестандартного мышления, их решение невозможно свести к алгоритму. Поэтому наряду с традиционными методами необходимо вооружить учащихся и эвристическими методами решения задач, которые основаны на фантазии, преувеличении, «вживании» в изучаемый  предмет или явление и др.

Эти методы не просто интересны, они раскрывают творческий потенциал ученика, развивают образное мышление, обогащают духовную сферу. Они помогут учителю показать физику как предмет глубоко значимый для любого человека, огромный культурный аспект физической науки, сформировать устойчивый интерес к ее изучению.[3]

Цель моей курсовой работы заключается в том, чтобы выявить различные эвристические методы в решении задач и подобрать задачи к этим методам.

Основными задачами моей курсовой работы являются:

 1. Провести исторический анализ проблемы эвристического обучения.

 2. На примере решения задач показать достоинства эвристического метода и недостатки обычных методов.

§1 Что такое задача, классы, виды и этапы решения задач.

Отношение к решению задач в преподавании физики резко отличалось в дореволюционной школе и в современной. Вследствие существовавшего в школе начала 20 века разрыва между теорией и практикой, преподаватели в общей своей массе не уделяли внимания решению задач по физике, а учащиеся не стремились применить приобретенные знания к решению конкретных физических вопросов.

В современной школе физические задачи являются мощным орудием изучения предмета. Изменение отношения к задачам по физике произошло, во-первых, потому, что под влиянием исследований по психологии изменился взгляд на процесс усвоения физических понятий; во-вторых, в школе активно внедрялся принцип единства теории и практики, требующий большей конкретизации физических понятий и применения полученных знаний к решению практических задач.

Задача — ситуация, с которой приходится иметь дело в учебной и научной деятельности, когда необходимо определить неизвестное на основе знания его связей с известными. Под физической задачей следует понимать ситуацию (совокупность определенных факторов), требующую от учащихся мыслительных и практических действий на основе законов и методов физики, направленных на овладение знаниями по физике и на развитие мышления.

Основная цель, которую ставят при решении задач, заключается в том, чтобы школьники глубже поняли физические закономерности, научились разбираться в них и применять их к анализу физических явлений, к практическим вопросам.

Решение физических задач в процессе обучения физике:

1. Содействует более отчетливому формированию физических понятий, более разностороннему и глубокому пониманию, прочному освоению содержания обучения. Через соответствующий подбор материала физических задач можно знакомить учащихся с новым материалом, расширяя область их знаний, подготовить ребят к усвоению дальнейших частей изучаемого курса. В этом состоит познавательное значение решения физических задач.

2. Создает и укрепляет навыки и умения в применении физических законов к объяснению явлений природы и к решению практических вопросов. Таким образом, реализуется единство теории и практики.

3. Позволяет осуществлять принцип политехнизма в обучении (подбор задач с техническим содержанием).

4. Помогает “оживить» физические формулы конкретным содержанием, дать учащимся навык в выборе формул и в пользовании ими.

5. Закрепляет знание и применение наименований физических величин в различных системах, формирует навыки работы с таблицами постоянных величин;

6. Является одним из действенных способов установления межпредметных связей.

7. Позволяет осуществить повторение пройденного материала, организовать контроль знаний.

В практике работы решение физических задач часто используют при изложении нового учебного материала.

Особое внимание следует уделить задачам при закреплении материала, так как только умение решать задачи характеризует степень осознанности пройденного материала, прочность и глубину знаний.

Задачи можно классифицировать по различным признакам.

1. По содержанию: абстрактные и конкретные, с производственным и историческим содержанием, занимательные.

2. По дидактическим целям: тренировочные, контрольные, творческие.

3. По способу задания условия: текстовые, графические, задачи-рисунки, задачи-опыты.

4. По степени трудности: простые (содержат одно-два действия), сложные, комбинированные.

5. По характеру и методу исследования: количественные, качественные, экспериментальные.

Охарактеризуем некоторые виды задач по физике.

Качественные — это задачи, для решения которых не требуется вычислений; использование таких задач способствует развитию речи учеников, формированию у них умения ясно, логически и точно излагать мысли, оживляет изложение материала, активизирует внимание учащихся. (Примеры: 1. Почему у подъёмных строительных кранов крюк, который переносит груз, закреплен не на конце троса, а на обойме подвижного блока?

2. Почему, несмотря на непрерывное выделение энергии в электрической печи или утюге, обмотка последних не перегорает?). [6]

Учебное пособие М.Е.Тульчинского «Качественные задачи по физике 7-8 классы», предназначенное для первой ступени обучения, издавалось в нашей стране лишь однажды, в 1976 г., и давно стало библиографической редкостью. В то же время пособие пользуется заслуженной известностью среди педагогов благодаря удачному подбору ясно сформулированных вопросов, позволяющих на качественном уровне обсудить важные физические закономерности в окружающем нас мире. За прошедшие 20 лет в стране так и не появилось пособия, которое могло бы полностью заменить книгу М.Е.Тульчинского. Учитывая большой «голод» на хорошие книги по физике и пожелания многих учителей, решили переиздать (с разрешения наследников, увы, уже ушедшего от нас автора) пособие, не меняя в нем практически ничего.

Эвристический прием при решении качественных задач состоит в постановке и разрешении ряда взаимосвязанных целенаправленных качествен­ных вопросов. Каждый из них имеет свое самостоятельное значение и реше­ние и одновременно является элемен­том решения всей задачи. Этот прием прививает навыки логического мышления, анализа физических явлений, составления плана решения задачи, учит связывать данные ее усло­вия с содержанием известных физиче­ских законов, обобщать факты, делать выводы.

Следует различать три формы осу­ществления эвристического приема решения качественных задач в процессе обучения физике:

а) форма наводящих вопросов предполагает постановку учителем ряда во­просов и ответы на них учащихся, это первая ступень обучения;

б) вопросно-ответная форма пред­полагает постановку самим учащимся во­просов и ответы на них; как правило, решение представляется в письменном виде;

в) повествовательная (ответная) форма предполагает ответы учащихся на мысленно поставленные перед собой во­просы; решение представляется в виде логически и физически связанных меж­ду собой тезисов (предложений), обра­зующих цельный рассказ. [2]

Количественные (расчетные) задачи особенно необходимы при изучении тех тем программы, которые содержат ряд количественных закономерностей (законы динамики, законы постоянного тока и т.д.), так как без них учащиеся не смогут осознать достаточно глубоко физическое содержание этих законов. (Примеры: 3. Во сколько раз уменьшится энергия магнитного поля катушки, если силу тока уменьшить на 50%? 4. Тело массой 30 г, брошенное с поверхности Земли вертикально вверх, достигло максимальной высоты 20 м. Найти модуль импульса силы, действовавшей на тело в процессе бросания. Сопротивлением воздуха пренебречь.)

Графические задачи позволяют наглядно наиболее ярко и доходчиво выражать функциональные зависимости между величинами, характеризующими процессы, протекающие в окружающей нас природе и технике (особенно при изучении различных видов движения в механике, газовых законов). В некоторых случаях только с помощью графиков могут быть представлены процессы, которые только на более поздних стадиях обучения физике можно выразить аналитически (например, работа переменной силы). (Примеры: 5. Тело, имеющее начальную скорость 50 м/с, двигалось прямолинейно с постоянным ускорением и через 10с остановилось. Построить график скорости тела и, используя этот график, найти перемещение и путь, пройденные телом. 6.Начертить графики изотермического расширения идеального газа данной массы в координатах p, V; T,V; r, p; r, T, где T,V, r, p — соответственно температура, объем, плотность и давление газа.)

Экспериментальные — задачи, данные, для решения которых получают из опыта при демонстрации, или же при выполнении самостоятельного эксперимента. При решении этих задач учащиеся проявляют особую активность и самостоятельность. Преимущество экспериментальных задач перед текстовыми заключается в том, что первые не могут быть решены формально, без достаточного осмысления физического процесса. (Так, например, при изучении физического прибора реостата с помощью экспериментальных задач учащиеся уясняют разницу в использовании реостата как прибора, регулирующего ток в цепи, и в качестве делителя напряжения (потенциометра).

Задачи с неполными данными чаще всего встречаются в жизни, когда недостающие сведения приходится добывать из таблиц, справочников, либо путем измерений. Решение задач этого типа способствует формированию навыков самостоятельной работы учащихся со справочной литературой. (Примеры: 7. Какой максимальный груз может выдержать алюминиевая (медная, стальная и т.п.) проволока при заданном сечении? 8. При какой наименьшей длине обрывается от собственного веса стальная проволока, подвешенная за один конец?)

При решении задач используют различные методы:

Аналитический, который заключается в расчленении сложной задачи на ряд простых (анализ), при этом решение начинается с отыскания закономерности, которая дает непосредственный ответ на вопрос задачи. Окончательная расчетная форма получается путем синтеза ряда частных закономерностей.

Синтетический, когда решение задачи начинается не с искомой величины, а с величин, которые могут быть найдены непосредственно из условия задачи. Решение развертывается постепенно, пока в последнюю формулу не войдет искомая величина. При таком подходе решение задачи опять же надо начинать с анализа явления.

Структура процесса решения задачи:

·  ознакомление с условием задачи;

·  составление плана решения задачи;

·  осуществление решения;

·  проверка правильности решения задачи;

Исходя из приведенного выше, можно выделить следующие этапы формирования у учащихся умения решать задачи по физике:

1. Анализ. Условие задачи представляет собой код. На первом этапе происходит перекодирование информации — краткая запись условия задачи, рисунки, чертежи.

2. Выявление структуры процесса решения задачи. Основное внимание следует уделить овладению учащимися общими операциями по решению физической задачи любого типа. Перечислим указанные операции:

— выбор рациональных способов решения задачи;

— выполнение приближенных вычислений;

— выполнение действий с именованными величинами;

— преобразования единиц величин;

— применение различных способов проверки;

— анализ результатов.

Операции отрабатываются в процессе решения конкретных задач.

3. Усвоение общей структуры решения класса задач по конкретной теме, на применение конкретных физических законов. Усвоенные ранее операции выстраиваются в стройную систему, которую можно рассматривать как предписание алгоритмического типа для решения задач по определенным темам.

4. Предписание алгоритмического типа для решения задач определенного вида (качественные, количественные, экспериментальные и др.) по конкретным темам и на конкретные законы обобщаются в общие предписания алгоритмического типа для решения задач этого вида.

5. Происходит дальнейшее обобщение предписаний алгоритмического типа, при этом вырабатывается общее предписание алгоритмического типа для решения любой физической задачи.

Этапы по решению физических задач:

1 этап. Изучите условия, сделайте краткую запись данных при помощи принятых обозначений. Изучить условие – значит, постараться представить себе явление или процесс, который описан в содержании задачи.

2 этап. Подробно всесторонне рассмотрите физические явления и процессы, о которых идет речь в задаче. Выявите и рассмотрите начальное и конечное состояние процесса и параметры, их характеризующие. Это поможет вам уточнить условие, поставить соответствующие индексы к буквенным обозначениям.

3 этап. Найти (извлечь из памяти) ту закономерность - закон, формулу, правило - которая описывает данное явление или процесс.

4 этап. Сделайте проверку, соответствует ли число полученных уравнений числу неизвестных; все ли величины, входящие в расчетную формулу, определены. Проверьте соответствие размерности искомой величины по расчетной формуле.

5 этап. Вычислите значение искомой величины, дайте анализ полученного ответа.

Важно, чтобы ученикам на первых этапах обучения физике были сообщены требования, предъявляемые к решению задач: обязательная запись (если иначе не указано в задаче) данных и полученного результата в единицах СИ; получение расчетной формулы в общем виде (то есть без промежуточных расчетов); запись ответа; аккуратная последовательную запись всей задачи с краткими комментариями

Критерии сформированности умения решать физические задачи.

1. Знание основных операций, из которых складывается процесс решения задачи.

2. Усвоение структуры совокупности операций.

3. Перенос усвоенного метода решения задач по одному разделу на решение задач по другим разделам и предметам.

Итак, физические задачи являются важной составной частью процесса обучения физике. Успех обучения решению задач в значительной мере зависит от того, пользуется ли учитель обобщенным методом решения задач, или каждая частная задача решается своим методом. В последнее время именно по умению решать физические задачи оценивается знание учениками физики. [6]

§2 Сущность эвристического подхода в решении задач по физике