Развитие логического мышления при решении задач по физике
методическая разработка по физике по теме

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАБОТА

по теме «Развитие мышления

при решении задач по физике»

Чебоксары – 2010

Содержание

1. Введение        3

2. О некоторых проблемах развития мышления при решении

    задач по физике и  путях их решения        5

3. Заключение        12

4. Список использованной литературы        13

5. Приложения        14

Введение

Решение физических задач в учебном процессе по физике занимает очень важное место. Это неудивительно, если учесть, что оно является одной из наиболее эффективных форм углубленного изучения и закрепления теоретического материала и развития мышления учащихся.

Любая задача — это проблема, решить задачу — справиться с проблемой. Крупное научное открытие дает решение крупной проблемы, но и в решении любой задачи присутствует крупица открытия. Задача, которую ученик решает, может быть скромной, но если она бросает вызов любознательности ребенка и заставляет его быть изобретательным и ученик решает эту задачу собственными силами, то он сможет испытать ведущее к открытию напряжение ума и насладиться радостью победы.

Такие эмоции, пережитые в восприимчивом школьном возрасте, могут пробудить вкус к умственной работе и на всю жизнь оставить отпечаток на уме и характере.

Таким образом, учителю физики предоставляются великолепные возможности. Если он заполнит отведенное ему учебное время натаскиванием учащихся в шаблонных упражнениях, он убьет их интерес, затормозит их умственное развитие и упустит свои возможности. Но если он будет пробуждать любознательность учащихся, предлагая им задачи, соразмерные с их знаниями, и своими наводящими вопросами будет помогать им решать эти задачи, то он сможет им привить вкус к самостоятельному мышлению и развить необходимые для этого способности.

Наибольший «эффект» в развитии мышления учащихся связан с применением не тренировочных задач, решаемых по одному образцу (когда меняются лишь числовые данные), а задач творческого характера. В книге «Творческие задачи по физике в средней школе» В.Г. Разумовский отмечает, что творческой задаче присуща существенная новизна в самом подходе к ее решению, а также необходимость поиска принципа решения. Однако чаще всего термин «существенная новизна» понимается каждым учителем по своему и по этому часто возникает спор: считать ли ту или иную задачу творческой. Конечно же, нельзя сделать четкой границы между задачей «творческой» и «логической». Если говорить строго, что всякая задача, не похожая на тренировочную (решаемую шаблонно), уже имеет элемент «проблемности», творческий характер, требует выхода за пределы прежней ситуации и поиска нового способа решения.

Творческий компонент задачи в значительной мере усиливается:

1) если искомое неизвестное формулируется в терминах, не связанных непосредственно с используемой формулой;

2) если конкретные данные в задаче отсутствуют;

3) если в задаче не имеются все данные, необходимые для ее полного решения (которые ученик должен сам найти из таблиц и справочной литературы).

О некоторых проблемах развития мышления при решении задач по физике и путях их решения

Далее в своей работе я остановлюсь на проблемах, которые возникают при решении задач и развитии мышления учащихся в ходе решения задач.

Первая проблема, с которой я столкнулся, и которую считаю типичной, заключается в том, что ученики не проявляют особого интереса к решению задач по физике, а часто — просто «боятся» физических задач. Как правило, это происходит в начале изучения курса физики, в 7 классе. Однако многие ученики продолжают испытывать негативное отношение к физическим задачам и в старшем звене.

Известно изречение древних: лошадь можно подвести к воде, но нельзя заставить ее пить. Эта истина весьма применима к процессу обучения решению задач по физике. Никакая пылкая фантазия относительно формы проведения урока не сможет восполнить главного — устремленности школьника к овладению знаниями. И ее нужно будить.

Чтобы пробудить интерес к решению задач, включению его мышления в процесс решения задачи я стараюсь выбрать задачу с интересным содержанием («внешний эффект»). Например, сравним 2 задачи:

1) Пирамида Хеопса при массе 5,84 Мт имеет фундамент площадью 5 га. Каково давление его на фундамент? Во сколько раз оно отличается от давления, развиваемое акулой при укусе, если последнее составляет 30 ?

2) Какое давление на пол производит мальчик, масса которого 48 кг, а площадь подошв его обуви 320 ?

Обе эти задачи по теме «Давление твердых тел» (7 класс) и решается с применением формулы для давления . Однако первая задач более привлекательна для учеников, ибо ее условие содержит для них новые данные («эффект новизны») и связь с другими предметами (историей и биологией).

Внешний привлекательный вид задачи лишь способствует активизации интереса ученика приступить к решению задачи. Но если задача окажется слишком сложной и непосильной для учеников, конечно же, его интерес к этой задаче быстро пропадет . Поэтому я стараюсь подбирать задачи для решения с учетом уровня развития знаний, умений и навыков данного класса и отдельно каждого ученика в данном классе.

Однако, многие творческие задачи являются для большинства учеников особо трудными. Поэтому необходимо тщательно продумывать организацию их деятельности на уроке и руководство со стороны учителя этой деятельностью. Я использую для этого карточки с задачами различной степени сложности. Также успех решения задачи учеником зависит от того, как учитель умело направляет мышление учеников в «нужном направлении». Для этого я во время решения задач использую различные типы помощи ученикам. В случае затруднения учеников даю им в последовательном порядке устные подсказки или на карточках (в зависимости от ситуации) письменный текст. Ниже приведу пример задачи для решения, разбор решения и карточек для помощи (см. Приложение 1).

В ходе решения задач и развития физического мышления любой учитель сталкивается с проблемой стандартного, шаблонного мышления учеников. Как правило, учащиеся, набрав определенный навык решения задач по данной теме, формуле или разделу, все остальные предлагаемые задачи пытаются решить шаблонно, не пытаясь особо вникать в физическую сущность явления, о котором говорится в условии задачи; применяют законы и формулы физики без учета их границ применимости. Естественно, шаблонные действия ученика, пытающегося найти ответ задачи, наносят непоправимый вред развитию логического и творческого мышления.

Поэтому в целях «профилактики» шаблонного мышления и активизации творческого на уроках решения задач и в ходе обобщения и повторения, я вместе с остальными задачами даю задачи, шаблонное решение которых приводит к заведомо ложным результатам. После решения и детального разбора таких задач, как правило, многие ученики начинают учитывать «ошибку» этих задач. Приведу пример двух задач, которые я предлагаю в 9 классе при изучении темы «Перемещение при равноускоренном движении». Условия задач внешне ничем не отличаются, однако решения их и результаты различны.

Задача 1.

Автомобиль движется с ускорением -4 м/с2. Найдите путь, пройденный им за 3 с, если его начальная скорость была равна 72 км/ч.

Задача 2.

Автомобиль движется с ускорением -4 м/с2. Найдите путь, пройденный им за 6 с, если его начальная скорость была равна 72 км/ч.

Обе задачи решаются по формуле для пути, пройденного телом при равноускоренном движении . Однако шаблонное решение задачи по этой формуле во второй задаче приводит к абсолютно неверному результату, т.к. автомобиль, о котором говорится в обоих задачах двигается равнозамедленно и останавливается через . Поэтому во второй задаче автомобиль через 5 с остановится и в последнюю 6-ю секунду не будет двигаться. Следовательно, ученики, исследовав последнее обстоятельство, в формулу для пути должны подставить время не 6 с, а 5 с.

Шаблонность представляет собой автоматизм в действиях, «привычку» действовать по соответствующему алгоритму. В то же время решение задач  некоторых разделов физики (например, на применение II закона Ньютона) предусматривает использование алгоритмического подхода. При решении таких задач искусство учителя заключается в том, что он своевременно должен заметить момент перехода алгоритмического способа решения в шаблонный.

Многие учителя и ученики считают, что чем больше задач они успевают решать за один урок или за несколько уроков по данной теме, тем больше развивается логическое мышление и приобретается больше навыков решения задач. Бесспорно: чем больше решенных задач — тем больше становится опыт ученика, обогащаются умения и навыки. Однако из своего опыта работы я могу утверждать, что количество решенных задач не является залогом развития творческого мышления. Особенно сложно привлечь всех учащихся класса к процессу решения задач при фронтальном способе работы, когда многие настроены не на обсуждение решения задачи, а на поглощение «готового продукта» коллективной деятельности. Важно, чтобы каждый ученик принял непосредственное участие в процессе решения задач. Чем больше самостоятельных элементарных операций произведет каждый учащийся при этом, тем больше мыслительных операций совершит он.

В курсе физики очень много задач. Среди них встречается достаточное количество типичных по своему содержанию и решению задач. Однако идея решить все типы задач кажется абсурдной. Мне кажется, учитель не должен ставить задачу — решить все задачи школьного курса физики. Его старания должны быть направлены на обучение учащихся методам решения задач, анализа их условий, проверки и оценки полученных результатов.

Научить методам решения задач означает, что учитель должен обучать учащихся:

1) понимать условие задачи; анализировать явления, происходящие в задаче;

2) самостоятельно находить пути решения данной задачи, установив связь между рассматриваемыми явлениями и физическими величинами;

3) реализовать найденную идею решения и получить окончательный ответ;

4) проверять решение, оценить критически полученный результат и указывать на другие возможные способы решения (см. Приложение 2).

На первом этапе, в ходе ознакомления с условием задачи, успех зависит от того, насколько ученик самостоятельно может ставить перед собой и дать ответы на следующие вопросы: «О каком физическом явлении идет речь? Что дано Что нужно найти. Определяется ли неизвестная физическая величина данными задачи. Или они недостаточны, или же чрезмерны? Почему задача сформулирована именно так, а не иначе?

На втором этапе ученик должен, рассмотрев взаимосвязи между данными величинами и искомой величиной, наметить идею решения задачи с указанием законов, необходимых для этого. Должен также обосновать свой выбор: почему он хочет решить задачу именно выбранным путем.

В ходе реализации решения задачи, важно, чтобы ученик был уверен в правильности каждого своего шага и использовал бы только те формулы и закономерности, в достоверности которых не сомневается. Применение в ходе решения задачи формул и рассуждений «сомнительного характера» приводит к получению сомнительных же результатов.

После получение ответа, необходимо научить ученика критически подходить к полученному решению, искать пути проверки полученного результата.

Многие не уделяют должного внимания на последний этап, считая его малозначительным. Но разве можно говорить о творческом и логическом мышлении ученика, если последний, решая задачу на нахождение массы молекулы, получил ответ равный нескольким тоннам и нисколько не подверг сомнению этот результат?..

Конечно же в школьном курсе физики недостаточно времени на детальный разбор каждой задачи. Однако при правильном планировании учебного процесса учитель может достаточное время уделить на развитие мышления учащихся в процессе решения задач. Во время уроков решения задач, обобщения и повторения пройденного материала, я стараюсь вслух задавать все вопросы, названные в таблице приложения 2 и отвечать на них. Этого же требую от учеников. Такой подробный разбор решения задачи, акцентированный именно на показ хода логических  рассуждений при решении, создает благоприятные предпосылки для возникновения мышления учащихся в ходе решения задач. Часто меня интересует вопрос не столько связанный с получением правильного ответа задачи, а то - какие умозаключения делал ученик при решении. Есть ли в его рассуждениях хоть частичка «творчества». Такой анализ несет в себе очень богатую информацию для моей дальнейшей работы в направлении развития мышления учащихся.

Завершающим этапом любого процесса обучения является контроль. Контрольные задачи я всегда составляю таким образом, чтобы на «5» их могли решить лишь ученики, у которых наиболее (и в достаточной степени) развито логическое мышление, общефизические навыки и умения. Этого добиваюсь тем, что любой комплект задач (их как правило 3 или 4 в одном варианте) содержит задачи с разной степенью сложности, охватывающих весь учебный материал по данной теме. Таким образом, я даю ученикам, усвоившим обязательный минимальный уровень знаний, получить удовлетворительную оценку и практически исключаю возможность получения «случайных» оценок (особенно «5» и «4»).

В качестве примера привожу текст контрольной работы, проведенной в I четверти 2003-2004 учебного года в 8-х классах по теме «Количество теплоты. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче (см. приложение 3). Анализ решений и результатов контрольной работы в 8 «А», «Б», «В», «Г», «Д», «Е» классах показывает следующее:

1) Количество учеников, получивших «4» и «5» в 8 «А» и 8 «Б» классах составляет 70-80% (в этих классах уровень сформированности мышления выше), причем более 50% учащихся решали (некоторые с ошибками) третью задачу, которая требовала умения выстраивать достаточно непростую цепочку умозаключений.

2) В остальных классах количество учеников, выполнивших работу на «4» и «5» не превышает 30-50%. Причем, многие учащиеся этих классов решили первую задачу, не требующую «особого напряжения ума» и рассчитанную на применение обязательных по программе минимальных знаний. Большинство учащихся не приступило даже к выполнению третьего задания, которое оказалось им не под силу.

3) Именно в 8 «А» и 8 «Б» классах оказалось больше работ, сопровождаемых решение задач с обсуждением хода решения.

Заключение

В этой работе я сделал попытку лишь выделить наиболее значимые проблемы, возникающие при развитии мышления в ходе решения задач по физике и дать некоторые пути их решения. Конечно же, данная проблема гораздо шире и требует к себе всестороннего изучения. Однако можно уверенно утверждать, что на уроках физики необходимо развивать мышление учащихся, т.к. это связано с развитием творческой всесторонне развитой личности. Наилучшие условия для развития мышления мы имеем при решении физических задач, т.к. существует очень большое количество и разнообразие задач по физике, что дает возможность применения различных способов и методов их решения.

Развитие мышления учащихся при решении задач — процесс очень кропотливый и продолжительный во времени. Очень многое в этом деле зависит от мастерства педагога, от его умения грамотно планировать материал уроков, от способности умело направлять усилия учеников в нужном направлении.

Список использованной литературы

1. Малафеев Р.И. Проблемное обучение физике в средней школе: Кн. для учителя. — 2-е изд., дораб. — М.: Просвещение, 1993 г.
2. Пойа Д. Как решать задачу. — Львов: журнал «Квантор», 1991 г.
3. Зверева Н.М. Активизация мышления учащихся на уроке физики. — М.: Просвещение, 1980 г.
4. Разумовский В.Г. Развитие творческих способностей учащихся в процессе обучения физике. — М.Ж Просвещение, 1975 г.
5. // Физика. Приложение к газете «1 сентября», 2000 г., № 7-15.

Приложение 1

Задача: В стакан наливают жидкость. Выясните, при каком условии центр тяжести стакана с жидкостью будет занимать наинизшее положение.

Решение: Это качественная задача. Ее решение требует нетривиального способа рассуждения. Оно может быть следующим: пусть центр масс пустого стакана находится в точке С (рис. 1). Тогда при наливании воды в стакан центр масс системы стакан-вода будет понижаться, т.к. при этом увеличивается масса ниже центра масс стакана. Очевидно, так будет продолжаться до тех пор, пока центр масс не сравняется с уровнем воды в стакане. При последующем же добавлении жидкости центр масс не сравняется с уровнем воды в стакане. При последующем же добавлении жидкости центр масс начнет повышаться. Таким образом, наинизшее положение центра масс будет при условии, когда он находится на уровне жидкости.

Карточки с подсказками к данной задаче.

Карточка 1. Отметьте на рисунке точкой приблизительное положение центра масс пустого стакана. Подумайте , как будет изменяться относительно этой точки положение общего центра масс стакана и жидкости по мере наливания последней в стакан. Это поможет вам решить задачу.

Карточка 2. Отметьте на рисунке точкой приблизительное положение центра масс пустого стакан. При наливании в стакан жидкости общий центр масс стакана и жидкости вначале будет понижаться, т.к. увеличивается масса содержимого ниже центра масс стакана. Подумайте, до каких пор это будет происходить, и ответьте на вопрос задачи.

Карточка 3. Точкой С на рисунке 1 отмечен центр масс пустого стакан. При наливании жидкости в стакан общий центр масс стакана и жидкости С начнет понижаться, т.к. увеличивается масса содержимого ниже центра масс стакана (рис. 1). В какой-то момент положения центров масс стакана и жидкости совпадут с уровнем жидкости в стакане. Подумайте, как будет изменяться положение центра масс при дальнейшем наливании жидкости, а затем ответьте на вопрос, содержащийся в задаче.

Приложение 2

Таблица «Как искать решение задачи»

Приложение 3

Текст контрольной работы по теме «Количество теплоты. Изменение внутренней энергии тела при теплопередаче»

I вариант

1. Какое количество  теплоты необходимо для нагревания алюминиевой детали массой 50 г от температуры 40С до температуры 90С?

2. На сколько градусов можно нагреть серебро массой 40 г, добавив ему 680 Дж энергии?

3. Чугунный утюг массой 2 кг нагрели на газовой горелке от 20 до 220С. Определите массу газа, израсходованного на нагревание утюга, считая, что потери теплоты не было (Удельная теплоемкость чугуна 540 Дж/кгС, удельная теплота сгорания газа 4,4Дж/кг).

II вариант

1. При сжигании бензина выделилось 2,3109 Дж энергии. Определите массу сгораемого бензина (Удельная теплота сгорания бензина 4,6107 Дж/кг).

2. На сколько градусов охладится лед массой 40 кг, если у него отнять 400 кДж теплоты? (Удельная теплоемкость льда 2100 Дж/кгС)

3. Сколько горячей воды, температура которой 90С, надо добавить к холодной воде массой 5 кг при температуре 10С, чтобы температура смеси оказалась равной 40С?