Педагогические науки/3. Методические основы воспитательного процесса

К.п.н. Волова С.М.

Поморский государственный университет М.В. Ломоносова, Россия

Элементы проблемности в обучении учащихся физике с

использованием учебных физических задач

Составной частью мастерства учителя физики является использование в своей практике элементов проблемного обучения. Главным в проблемном обучении является организация поиска новых знаний, а не сообщение их в готовом виде. Эти знания могут быть связаны с содержанием элементов физических знаний (объекты, явления, физические величины, закон, теория), методами научного познания, процедурой поиска новых знаний.

Психологами и дидактами показано, что большую роль в активизации познавательной деятельности учащихся играют проблемные ситуации, ядром которых является противоречие. При этом для учащихся возникает ситуация интеллектуального затруднения, связанная с содержанием учебного материала или способом его развертывания.

Как отмечается в работе [3] педагогу необходимо сделать следующее:

● создать значимую для ученика проблемную ситуацию;

● наполнить эту ситуацию противоречием и постараться, чтобы ученики осознали это противоречие как важную проблему;

● сформулировать исследовательскую или творческую задачу;

● обсудить, совместно выработать или предложить направление ее решения.

Среди различных средств, которые можно использовать для создания проблемной ситуации важное место занимают учебные физические задачи.

В ниже предложенной схеме показано, что ситуация противоречия может возникать при анализе условия задачи, ее решении или проверке ответа.

Предпосылки к созданию

проблемной ситуации

¯

Анализ задачи Þ Решение задачи Þ Проверка решения задачи

Возникновение проблемной ситуации

ß

Формулировка учебной проблемы

ß

Определение путей решения

ß

Решение проблемы

ß

Проверка решения

Приведем примеры таких задач и рекомендации для учителя по их использованию на уроках физики.

1. В сеть стандартной частоты включены последовательно лампочка, конденсатор емкостью 20 мкФ и катушка, которая без сердечника имеет индуктивность 0,1 Гн, а при полностью введенном сердечнике 1 Гн. Как изменится накал лампы по мере введения в катушку сердечника? [2]

2. В сеть переменного тока стандартной частоты включены последовательно лампочка, катушка с индуктивностью 1 Гн и конденсатор емкостью 5 мкФ. Как изменится накал лампы, если к конденсатору подключить параллельно второй конденсатор такой же емкости, а затем третий? [2]

Задачи могут быть использованы для создания проблемной ситуации на уроке по теме «Электрический резонанс».

Рассмотрим фрагменты урока с использованием задачи (2).

○ Учитель (создает значимую для ученика проблемную ситуацию):

► записывает на доске краткое условие задачи и изображает схему, описывающую ситуацию задачи.

Рис. 1

► обсуждает с учащимися явление, о котором идет речь.

► подводит итоги обсуждения:

● в электрической цепи, состоящей из источника переменного электрического тока, катушки индуктивности с постоянной индуктивностью, конденсатора переменной емкости и лампочки возникают вынужденные электромагнитные колебания;

● при подключении конденсаторов происходит изменение емкостного сопротивления, это приводит к изменению общего сопротивления цепи, а следовательно к изменению силы тока;

● необходимо выяснить, как изменение общего сопротивления цепи повлияет на силу электрического тока.

○ Учащиеся:

● обсуждают проблему, выдвигая гипотезы: Г₁; Г₂; ….. например, Г₁ – накал лампы уменьшается, так как

С₀=3С (при параллельном соединении конденсаторов)

- уменьшается

- возрастает

↑ - растет

↓ - уменьшается

Следовательно, накал лампы при подключении конденсаторов уменьшается.

○ Учитель:

● предлагает проверить сделанное учащимися заключение экспериментальным способом с использованием установки, включающей все элементы электрической цепи о которых идет речь в задаче (источник тока – ВС-24М; катушка дроссельная – 1200 витков, сердечник от универсального трансформатора, батарея конденсаторов – 0 ÷ 58 мкФ, лампочка на подставке на 3,5 В);

● показывает учащимся результат, изменяя емкость батареи конденсаторов.

○ Учащиеся:

● наблюдают явление: при увеличении емкости конденсатора накал у лампы возрастает, а затем убывает, то есть возникает противоречие с результатом, полученным в ходе теоретического анализа одной из гипотез.

Учащиеся осознают, что для разрешения ситуации необходимо иметь еще какие-то знания, связанные с наблюдаемым явлением.

○ Учитель:

● еще раз демонстрирует явление, обращая внимание на тот факт, что при определенных условиях накал лампы достигает максимума, а затем убывает.

● предлагает вернуться к теоретическому анализу ситуации:

, если .

, , если , то есть .

● просит учащихся сформулировать направление поиска знаний для разрешения ситуации противоречия.

○ Учащиеся:

● предлагают выяснить, не найдется ли среди изменяющихся емкостных сопротивлений такого, которое окажется равным индуктивному сопротивлению;

● выполнив следующие действия: , приходят к выводу, что при емкости 10 мкФ, эти сопротивления одинаковы. В данном случае накал лампы сначала возрастает, достигает максимума, а затем убывает;

● формулируют ответ задачи: Накал лампы возрастает, достигает максимума, а затем убывает.

○ Учитель:

● продолжает руководить обсуждением результатов;

● обращает внимание, что имеется колебательный контур, в котором изменяется емкость, а следовательно контур обладает набором собственных частот ();

● предлагает учащимся сравнить частоту вынужденных колебаний с частотой собственных колебаний в контуре, при которой сила тока достигла максимального значения ().

○ Учитель:

● наблюдаемое явление называют электрическим резонансом, заключается оно в том, что происходит резкое возрастание амплитуды силы электрического тока при совпадении частоты собственных колебаний контура с частотой вынужденных колебаний.

Если в демонстрационной установке напряжение с лампочки подать на вход «Y» электронного осциллографа, можно пронаблюдать изменение амплитуды колебаний силы тока в зависимости от электрической емкости. При выключенном генераторе развертки осциллографа можно амплитуду колебаний оценивать в условных единицах по шкале экрана осциллографа; построить график зависимости ; обсудить условия, при которых будет наблюдаться лишь только уменьшение накала лампы или его увеличение и др. (в ситуации решаемой задачи).

Далее учитель продемонстрирует явление резонанса в контуре с неизменными L и С, но при этом будет использовать в качестве источника переменного тока – звуковой генератор (есть возможность менять частоту вынужденных колебаний) и продолжит обсуждение данного явления…

Использование данной задачи позволяет определенным образом построить образовательный процесс по ее решению и приобрести при этом новые знания.

Подбирая задачи для создания проблемных ситуаций, учитель должен обратить внимание на следующие этапы в их использовании на уроке:

● аналитический, в ходе которого происходит разбор задачи (полный или неполный, сделанный самими учащимися или с помощью учителя) который должен привести к выявлению противоречия и осознания учащимися недостатка в знаниях для решения проблемы;

● «конструирования» или «создания» знаний для разрешения ситуации противоречия.

Тогда в модели урока один из этапов будет играть важную роль в актуализации знаний, а другой – в получении нового знания и разработке процедуры его получения.

Примеры подобных задач и рекомендации по их использованию приведены в статье [1].

Литература:

1. Волова С.М. Проблемный подход к решению задач / С.М.Волова // Физический вестник Поморского университета: Сборник научных трудов. Выпуск 5. Архангельск, Изд-во ПГУ имени М.В.Ломоносова, 2006.- С. 108-116.

2. Рымкевич А.П. Рымкевич П.А. Сборник задач по физике для 8-10 классов средней школы. – 6-е изд. – М.: Просвещение, 1981.

3. Сиденко А.С. Вариант организации творческого преподавания: проблемно-поисковый подход / Преподавание физики развивающее ученика; Под ред. Э.М. Браверман – М.: Ассоциация учителей физики, 2003. – 399 с.