Дополнительная образовательная программа по физике «Методы решения физических задач»
учебно-методический материал

Дополнительная образовательная программа

по физике

 «Методы решения физических задач»

Срок реализации – 2 года

Количество часов в неделю – 1

Количество часов – 68 часов

Возраст обучающихся – 13-14 лет

Класс – 8-9

Составитель программы:

Ловцова А.Ф.,учитель высшей квалификационной

АНО ОО "Русская Международная Школа" (г. Москва)

Москва

2020г.

Пояснительная записка
                                                    «Человек знает физику, если он умеет решать задачи.»

Энрико Ферми.

В связи с введением ФГОС,  для выполнения требований государственного образовательного стандарта в последнее время многие учителя физики обращаются к активным методам обучения, таким как – проектный и исследовательский. Таким образом, можно отметить, что активизируется процесс включения школьников в активную познавательную деятельность. В то же время анализ содержания представляемых учениками работ, их выступлений на конференциях позволяет сделать вывод о том, что в большинстве случаев деятельность учащихся как исследовательская не вполне самостоятельна.  Решение же задач позволит учащемуся включиться в познавательную деятельность, найти для решения задачу по силам.  Предлагаемый элективный курс предназначен для изучения в 8-9 классах в рамках предпрофильной подготовки и рассчитан на 68 часов. Решение задач по физике – один из основных методов обучения учащихся. При решении задач школьникам дополнительно сообщаются знания о конкретных объектах и явлениях, создаются и решаются проблемные ситуации, а также  сведения из истории науки и техники.

Физическая задача — реальная ситуация, с которой приходится иметь дело в учебной, научной или повседневной деятельности. Это сродни мысленному эксперименту.

Физические задачи используются для:

а) выдвижения проблемы и создания проблемной ситуации;

б) сообщения новых сведений;

в) формирования практических умений и навыков;

г) проверки глубины и прочности знаний;

д) закрепления, обобщения и повторения материала;

е) развития творческих способностей учащихся и пр.

Одной из важнейших целей современного физического образования является формирование умений учащихся работать со школьной учебной физической задачей. В этой связи  актуальность данного курса определяется направленностью на формирование у школьников практических, интеллектуальных и творческих  компетентностей; личностных качеств  (целеустремленность, настойчивость, аккуратность, внимательность, дисциплинированность); развитие эстетических чувств и самостоятельности. В современном мире на каждом рабочем месте необходимы умения ставить и решать нестандартные задачи на основе достижений науки и техники.

Цели курса:

Обучающие: познакомить учеников с различными приемами и способами решения  качественных задач. Сформировать у учащихся представление о классификации задач. Рассмотреть качественные, экспериментальные и познавательные, занимательные и комбинированные задачи.

Воспитательные: воспитать у учеников устойчивый интерес к изучению физики, продолжить знакомство учащихся с взаимосвязанностью и обусловленностью явлений окружающего мира.

Развивающие: развивать память, умения пользоваться полученными знаниями, формирование умений выдвигать гипотезы, логично и образно выражать свои мысли.

Во время изучения курса учащиеся имеют возможность оценить собственные силы, «испытать себя».  Данный элективный курс позволит подойти осознанно к выбору физико-математического профиля обучения на старшей ступени. В то же время, в содержание курса включены вопросы занимательного характера, что делает элективный курс полезным и привлекательным и для тех школьников, которые не планируют изучать физику на профильном уровне в старшей школе. В связи с этим определяются

Задачи курса:

• Расширение и углубление знаний учащихся по физике
• Уточнение способности и готовности ученика осваивать предмет на повышенном уровне
• Создание основы для последующего обучения в профильном классе.

Итогом работы по данной программе может служить реализация поставленных целей и задач, т. е. учащиеся совершенствуют знания, полученные из курса физики, приобретают навыки по классификации задач, правильной постановке, а так же приёмам и методам решения качественных задач.

Качественные задачи.

Качественной задачей по физике называется такая задача, в которой ставится для разрешения проблема, связанная с качественной стороной физического явления, решаемая путем логических умозаключений, основанных на законах физики, путем построения чертежа, выполнения эксперимента, но без применения математических действий.

Следует отличать качественную задачу oт вопроса по проверке формальных знаний (например, что называется ампером, как формулируется закон Ома). Цель последних — закрепить формальные знания учащихся; ответы на эти вопросы в готовом виде имеются в учебнике, и ученик должен лишь вспомнить их. В качественной задаче ставится такой вопрос, ответ на который в готовом виде в учебнике не содержится. (Например, можно сформулировать следующий вопрос: почему при резком торможении автомобиля его передок опускается?) Ученик должен составить ответ на качественную задачу, синтезируя данные условия задачи и свои знания по физике.

Решение качественных задач способствует осуществлению дидактического принципа единства теории и практики в процессе обучения физике. В частности, применение экспериментальных задач развивает умение и навыки учащихся в обращении с физическими приборами, макетами, установками и моделями. Качественные задачи с производственным содержанием знакомят учащихся с техникой, расширяют их кругозор, являются одним из средств подготовки учащихся к практической деятельности. Таким образом, решение качественных задач по физике является одним из важных приемов политехнического обучения.

Использование качественных задач способствует более глубокому пониманию физических теорий, формированию правильных физических представлений, следовательно, предупреждает формализм в знаниях учащихся. Решение качественных задач вызывает необходимость анализировать и синтезировать явления, т. е. логически мыслить, приучает учащихся к точной, лаконичной, литературно и технически грамотной речи.

В процессе решения качественных задач прививаются навык наблюдательности и умение различать физические явления в природе, быту, технике, а не только в физическом кабинете. Развиваются смекалка, сообразительность, инициатива и творческая фантазия учащихся.

Чтобы решить качественную задачу, ученик должен уметь физически мыслить:

понимать и излагать сущность состояний тел и процессов, происходящих в них,

вскрывать взаимосвязь явлений (причинно-следственные зависимости),

уметь на основании законов физики предвидеть ход явления.

Итак, решение качественных задач дает возможность учителю установить глубину теоретических знаний и понимание учащимся изучаемого материала.

Значение этих задач состоит также и в том, что они вызывают большой интерес у учащихся, создают их устойчивое внимание на уроке, позволяют учителю оживить урок эмоционально, увлечь учащихся, активизировать их мыслительную деятельность, разнообразить методы изложения. Таким образом, решение качественных задач есть один из приемов делектаризации обучения (de/ectare (лат.) - увлекать, доставлять наслаждение, радовать, восхищать, привлекать).

Методическая ценность качественных задач проявляется особенно при изучении таких разделов курса физики, в которых нет физических формул, и явления рассматриваются лишь с качественной стороны (например, закон инерции, электромагнетизм).

Психология указывает на одну из особенностей детей среднего школьного возраста - конкретно-образное мышление. Детям более доступны понятия, основанные на конкретных предметах, на осязаемой наглядности, чем понятия, устанавливаемые на абстракциях. Подростку более понятен индуктивный, а не дедуктивный путь установления физического закона. Качественные задачи, связанные с конкретными, хорошо известными детям предметами, легко воспринимаются учащимися, и те их решают охотнее, чем количественные задачи. Итак, на первой ступени изучения детьми физики качественные задачи в преподавании играют большую роль, чем количественные.

Рассмотрим методику решения простых качественных задач — качественных вопросов. При решении любых задач по физике анализ и синтез неразрывно связаны друг с другом. Поэтому можно говорить лишь о едином аналитико-синтетическом методе решения физических (и, в частности, качественных) задач.

Решение качественного вопроса можно представить в виде пяти этапов:

1. Знакомство с условиями задачи (чтение текста, разбор чертежа, изучение прибора и т. п.), уяснение главного вопроса задачи (что неизвестно, какова конечная цель решения задачи).

2. Осознание условий задачи (анализ данных задачи, физических явлений, описанных в ней, введение дополнительных уточняющих условий).

3. Составление плана решения задачи (выбор и формулировка физического закона или определения в соответствии с условиями задачи; установление причинно-следственной связи между логическими посылками задачи).

4. Осуществление плана решения задачи (синтез данных условия задачи с формулировкой закона, получение ответа на вопрос задачи).

5. Проверка ответа (постановка соответствующего физического эксперимента, решение задачи другим способом, сопоставление полученного ответа с общими принципами физики (законом сохранения энергии, массы, заряда, законами Ньютона и др.)).

Решение сложной качественной задачи также осуществляется этими пятью этапами, но при знакомстве с условиями задачи обращается внимание на ее главный вопрос, на конечную цель решения. При составлении плана решения задачи строится аналитическая цепь умозаключений, начинающаяся с вопроса задачи и оканчивающаяся данными ее условия или формулировками законов и определений физических величин. На четвертом этапе составляется синтетическая цепь умозаключений, начинающаяся с формулировки определений физических величин, соответствующих законов, с описания свойств, качеств, состояний тела и оканчивающаяся ответом на вопрос задачи.

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.

Графический прием решения качественных задач состоит в составлении ответа на вопрос задачи на основании исследования графика функции, чертежа, схемы, рисунка, фотографии и т. п.

Графический прием решения качественных задач состоит в составлении ответа на вопрос задачи на основании исследования графика функции, чертежа, схемы, рисунка, фотографии и т. п.

Достоинством этого приема является наглядность и лаконичность решения. Он развивает функциональное мышление школьников, приучает их к точности, аккуратности. Особенно велика его ценность в тех случаях, когда дана последовательность рисунков, фиксирующих определенные стадии развития явления или протекания процесса.

Экспериментальный прием решения качественных задач заключается в получении ответа на вопрос задачи на основании опыта, поставленного и проведенного в соответствии с ее условием. В таких задачах обычно предлагается ответить на вопросы «Что произойдет?» и «Как сделать?»

В процессе экспериментального решения качественных задач учащиеся становятся как бы исследователями, развиваются их любознательность, активность, познавательный интерес, формируются практические умения и навыки.

При правильно поставленном опыте ответ получается быстро, он убедителен и нагляден. Так как сам эксперимент не объясняет, почему так, а не иначе протекает явление, то его сопровождают словесным доказательством.

В ряде случаев учащиеся, не владея навыками логического мышления, применяют прием выдвижения гипотезы (интуитивное мышление). Этот путь решения задачи не следует отвергать. Наоборот, надо тщательно рассмотреть любое предложение, любую физическую идею решения задачи, доказать либо ее применимость, либо несостоятельность. При этом, конечно, завяжется дискуссия, которая будет способствовать развитию физического и логического мышления учащихся.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

(68 ч, 1 ч в неделю, 2 года)

8 класс(34 часа)

                                               Классификация задач (1 ч)

Что такое физическая задача. Физическая теория и решение задач. Значение задач в обучении и жизни. Классификация задач по содержанию, способу задания, способу решения. Основные требования к составлению задач. Способы и техника составления задач. Примеры задач всех типов. Качественные задачи.

Тепловые явления (15 ч.)

Строение вещества. Тепловое движение атомов и молекул. Броуновское движение. Диффузия.  Взаимодействие частиц вещества. Модели строения газов, жидкостей и твердых тел и объяснение свойств вещества на основе этих моделей.

Тепловое движение. Тепловое равновесие. Температура и ее измерение. Связь температуры со средней скоростью теплового хаотического движения частиц.

Внутренняя энергия. Работа и теплопередача как способы изменения внутренней энергии тела. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

Испарение и конденсация. Насыщенный пар. Влажность воздуха. Кипение. Плавление и кристаллизация. Принципы работы тепловых двигателей.

Преобразования энергии в тепловых машинах

Электрические и магнитные явления ( 13 ч.)

Электризация тел. Электрический заряд. Два вида электрических зарядов. Взаимодействие зарядов. Закон сохранения электрического заряда.

Электрическое поле. Действие электрического поля на электрические заряды. Постоянный электрический ток. Действия электрического тока.  

Опыт Эрстеда. Магнитное поле тока. Взаимодействие постоянных магнитов. Действие магнитного поля на проводник с током.  Сила

Электромагнитные колебания и волны (5 ч.)

Электромагнитная индукция. Опыты Фарадея. Правило Ленца. Самоиндукция.  Переменный ток. 

Электромагнитные волны и их свойства.. Принципы радиосвязи и телевидения.

Свет - электромагнитная волна. Дисперсия света.  Влияние электромагнитных излучений на живые организмы. Прямолинейное распространение света. Отражение и преломление света. Закон отражения света. Плоское зеркало. Линза. Глаз как оптическая система. Оптические приборы.

9 класс(34 часа)

          Без задач нет физики (1 ч)

Что такое качественная задача. Физическая теория и решение задач. Значение задач в обучении и жизни.

Основы кинематики (12 ч).

Путь и перемещение. Прямолинейное равномерное движение. Графики прямолинейного равномерного движения.        Средняя скорость. Прямолинейное равноускоренное движение. Графическое изображения переменного движения. Свободное падение тел. Движение тела, брошенного вертикально вверх. Криволинейное движение. Закон сложения скоростей.

Основы динамики (11ч).

Закон всемирного тяготения. II закон Ньютона. Нахождение равнодействующей силы. III закон Ньютона. Силы упругости. Закон Гука. Силы трения. Сила тяжести. Вес тела. Движение тел в горизонтальном и вертикальном направлении. Движение системы связанных тел. Движение тел по наклонной плоскости. Движение тел по окружности. Применение законов динамики.

Законы сохранения в механике (3ч).

Импульс тела. Закон сохранения импульса. Механическая работа. Мощность. Закон сохранения энергии. Задачи на совместное применение законов сохранения в механике. Комбинированные задачи.

Механические колебания и волны(3ч).

Свободные колебания. Колебания математического маятника и груза на пружине. Длина и скорость распространения волны.

Физика атомного ядра( 3 ч)

Способы наблюдения частиц. Состав атомного ядра.

Итоговое занятие (1ч).

Календарно-тематическое планирование

8 класс

9 класс

Литература для учителя

1. Балаш В.А. Задачи по физике и методы их решения. – М.: Просвещение, 2009;
2. Глазунов А.Т. Техника в курсе физики средней школы. – М: Просвещение, 2009;
3. Кабардин О.Ф. Методика факультативных занятий по физике. – М.: Просвещение, 2010;
4. Каменецкий С.Е. Методика решения задач по физике в средней школе. – М.: Просвещение, 2009;
5. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике. – М.: Просвещение, 2010;
6. Перышкин А.В.Сборник задач по физике. – М.: Экзамен, 2010;
7. Тульчинский М.Е. Качественные задачи по физике. – М.: Просвещение, 2001;
8. Пойа Д. Как решать задачу. – Львов: Журнал «Квантор», 1991.
9. Фридман Л.М. Как научиться решать задачи. – М.: Просвещение, 2009.
10. Хорошавин С.А. Физический эксперимент в средней школе. – М.: Просвещение, 1988.
11.  Ченцов А.А., Коцарев Л.Л. Вариативный подход к решению задач по физике. Книга для учителя. – Белгород, Изд-во БелГУ, 2008.

Литература для учащихся

1. Генденштейн Л.Э., Кирик Л.А., Гельфгат И.М. Решения ключевых задач по физике для основной школы. 7 - 9 классы. – М.: Илекса, 2005
2. Волков В.А.. Тесты по физике. – М.: ВАКО, 2009.
3. Ланге В.Н. Экспериментальные физические задачи на смекалку. – М.: Просвещение, 2009;
4. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике. – М.: Просвещение, 2010;
5. Низамов И.М. Задачи по физике с техническим содержанием. – М.: Просвещение, 2010;
6. Перышкин А.В.Сборник задач по физике. – М.: Экзамен, 2010;
7. Пинский А.А. Задачи по физике. – М.: Просвещение, 2010;
8. Тарасов Л.В. Физика в природе: Книга для учащихся. – М.: Просвещение, 2008.