Реализация проблемно-развивающего обучения на уроках физики с целью активизации познавательной деятельности учащихся
статья по теме

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Ялгинская средняя общеобразовательная школа»

Городского округа Саранск

Республики Мордовия.

СТАТЬЯ

        «Реализация проблемно-развивающего  обучения на уроках физики

с целью  активизации познавательной деятельности

учащихся»

Подготовила учитель физики

Ахметова Нязиля Джафяровна

Г.о.Саранск

2010

         Изучение нового материала начинается, как правило, с постановки учебной проблемы. Учебной проблемой будем называть возникший или поставленный перед субъектом вопрос, ответ на который заранее неизвестен и подлежит творческому поиску, для осуществления которого у человека имеются некоторые исходные средства.        Известный психолог С.Л.Рубинштейн пишет: «Мышление, как и всякая деятельность человека, всегда исходит из каких то побуждении: где их нет, нет и деятельности, которую они могли бы вызвать…Для того чтобы мыслительный процесс совершался, нужны какие - то мотивы, побуждающие человека думать».        М.И.Махмутов, рассматривая вопрос о закономерностях процесса усвоения новых знаний  и истоках творческого мышления в современной психологии, считает доказанным, что одной из важнейших закономерностей процесса усвоения новых знаний является постановка проблемы. Без этого начального этапа не начинается процесс творческого мышления. Чтобы учебная проблема служила стимулом активизации мышления, цель, которая может быть достигнута путем ее решения, должна быть для ученика субъективно важной и значительной, отмечают Д.Н.Богаявленский и Н.А.Менчинская. Проблема творческой активности учащихся является одной из центральных проблем обучения наших дней. По мере развития общества и возрастания роли умственного и творческого труда в общественном прогрессе эта проблема приобретает все большее значение.Высокий научный уровень школьного курса физики требует новых методов и организационных форм обучения, создающих наиболее благоприятные условия для активного  усвоения учащимися знаний, развития мышления, инициативы, активности и творческих способностей. Эти задачи пытаюсь решать в ходе реализации проблемного обучения на уроках.        Самыми глубокими и прочными являются те знания, которые добыты в процессе активного умственного труда на основе создания проблемных ситуаций, организации решения проблем. Принцип активного обучения заключается в том, что учащийся должен самостоятельно «открыть» настолько большую часть изучаемого материала, насколько это в данных обстоятельствах возможно.Цель проблемного обучения – при минимальных затратах времени получить максимальный эффект в развитии мышления, творческих способностей учащихся.         Проблемное обучение – двусторонний процесс: с одной стороны, это проблемное преподавание (сфера деятельности учителя), с другой – проблемная учёба (сфера деятельности учащегося). Проблемное преподавание – это деятельность учителя по постановке учебных проблем и созданию проблемных ситуаций, управление учебной деятельностью учащегося в решении этих учебных проблем. Это также и особым образом организованная деятельность учащихся по усвоению знаний, в ходе которой они участвуют в поисках решения выдвинутых перед ними проблем. Для реализации проблемного обучения стараюсь, чтобы в учебном материале присутствовали задачи, вопросы, задания, проблемные для учащихся; чтобы  я могла создать проблемную ситуацию, умела  постепенно развивать у учащихся умения и навыки выявления и формирования проблемы и самостоятельного поиска способов её решения. Важно, при  подготовке к уроку, выделить в учебном материале именно проблемные вопросы.

        В процессе обучения задача моя состоит в том, чтобы включить учащихся в познавательный поиск. Для этого необходимо «задеть» ученика, вскрыть противоречие предстоящего для изучения материала со сложившейся у него системой знаний. Другое дело, что в ходе решения проблемы, выявленной на основе анализа проблемной ситуации, у учащихся могут возникнуть другие проблемы, которые решаются на этом же (или на последующем) уроке. На уроке физики можно использовать три типа противоречий: между жизненным опытом учащегося и научными знаниями, противоречия процесса познания и противоречия самой объективной реальности.

Например, жизненный опыт и всё предшествующее обучение убеждают учащегося в том, что 1 + 1 = 2 всегда (независимо от того, что складывается: тела, числа, объёмы и т.д.). Напомнив об этом, начинаем урок о строении вещества. В длинную стеклянную трубку до половины наливаем воду, а затем столько же спирта, предварительно подкрасив его. Закрыв свободный конец трубки несколько раз переворачиваем её. Общий объём смеси оказывается ниже заранее отмеченного уровня. (Можно смешивать также один стакан крупного гороха с одним стаканом пшена или, лучше, манки.) Опыт рождает проблемную ситуацию. При изучении тепловых явлений неоднократно подчёркиваем, что все тела, находящиеся в длительном контакте, имеют одинаковую температуру. Для наглядности измеряем температуру воздуха в разных местах класса (например, на каждом столе), а после этого прошу учащихся потрогать различные предметы, находящиеся на столах: деревянный и железный бруски, стеклянный стакан и т.д. Житейский опыт судить на ощупь о температуре тела вступает в противоречие с научным фактом равенства температур при длительном тепловом контакте тел. Выдвижение проблемы на основе демонстрации опыта при изучении явления вызывает у учащихся наибольший интерес.

     В обучении нет мелочей. Важно не только то, ЧТО говорим мы, но и КАК мы это говорим. Мы всем своим видом и поведением стараемся показывать крайнюю заинтересованность в изучаемом явлении, в наблюдении опытов, их анализе, вместе с учащимися удивляемся  полученному несоответствию, показываем свою «озадаченность», побуждать их к раскрытию «тайны» природы. Без такого эмоционального отношения к изучаемому вопросу проблемное обучение может не состояться. Часто на одном и том же уроке проблемная ситуация может быть создана многими способами. Какой из них лучше – зависит от конкретного класса. Создание проблемной ситуации – не самое трудное в обучении. Гораздо труднее обеспечить активное участие учащихся на всех этапах решения проблемы при проведении беседы. В проблемной беседе учащиеся совершают все основные познавательные действия, ведущие к решению проблемы, а мы лишь управляем этой познавательной деятельностью. Чтобы учащиеся самостоятельно провели первоначальный анализ проблемной ситуации и сформировали проблему, важно как можно более явно противопоставить новый факт имеющимся знаниям. Если противоречие выступает явно, то формулировка проблемы напрашивается сама собой. Проблемную беседу наиболее полно удаётся провести при изучении свойств тел, частных закономерностей, отдельных явлений. Особенно, если новый материал является частным случаем уже изученного, когда само явление учащимся ещё не знакомо, но знаниями, необходимыми для выдвижения гипотезы, они владеют. Например, объяснение самоиндукции на основе законов электромагнитной индукции, полного отражения света на основе законов отражения, и т.д.

Приведу примеры.

1. При поиске метода измерения физической величины: «Как определить массу деревянного шарика, имея в распоряжении только мензурку с водой?» Ранее массу тела определяли при помощи рычажных весов, а здесь надо использовать закон Архимеда. Или: «Как определить массу кирпича, имея в наличии только линейку?»
2. При изучении способов теплопередачи: «Почему лёд тает, если пробирку с водой и льдом нагревают снизу, ведь вода плохой проводник тепла? Почему металл кажется холоднее дерева, хотя они имеют одинаковую температуру?»
3. При изучении атмосферного давления, после проблемного опыта с яйцом, втягивающимся в бутылку: «Как вы думаете, зачем мы бросали в бутылку зажжённые спички или бумагу? Что происходит при их горении?»
4. При изучении темы «Самоиндукция»: передвигая ползунок реостата в известном опыте с двумя лампами в параллельных ветвях, добиваемся, чтобы обе горели одинаковым накалом. После демонстрации возникает проблемная ситуация: если сопротивление параллельных ветвей одинаково и сила тока тоже одинакова, то почему при замыкании цепи лампа, включённая последовательно с катушкой, загорается позднее? Учащиеся не могут высказать правильной гипотезы, если им не подсказать: изменение силы тока в цепи реостата происходит быстрее, чем в цепи катушки индуктивности.
5. При изучении теплопроводности: охватив деревянный цилиндр полоской бумаги, вносим его в пламя спиртовки. Бумага вскоре загорается (желательно заметить время). Опыт повторяем, но деревянный цилиндр заменяем стальным. Пламя спиртовки довольно долго лижет бумагу, но она не загорается. Предлагаем проанализировать: что было общего в опытах, в чём различие. Теперь учащиеся (возможно, не сразу и не очень чётко) могут высказать догадку, что по стали тепло распространяется быстро, а по дереву – нет. Остаётся обобщить и уточнить ответы и сформулировать гипотезу: различные тела обладают разной теплопроводностью.

Проблемное обучение также реализую  в виде проблемного изложения материала, когда мы на основе созданной проблемной ситуации формулируем проблему и в ходе дальнейшего изложения раскрываем, как искали решение возникшей проблемы, какие выдвигали гипотезы. Какие из них наиболее правдоподобны? Почему? Какие трудности на пути проверки гипотезы? Как их можно преодолеть? Какой вывод можно в результате сделать?

Заинтересовать новой проблемой и сформулировать проблему исследования можно и с помощью задач. Приведу пример.

     Убедить семиклассника в целесообразности и даже необходимости введения понятия скорости тела помогает следующая задача: можно ли догнать гепарда на автомобиле, если гепард пробегает 200м за 8с, а автомобиль за 1мин проезжает 1200м? Для детей большой интерес представляет получение ответа. Это стимулирует поиск. Обычно большинство из них догадываются, что для сравнения нужно найти путь, проходимый за единицу времени, т.е. скорость тела, о которой они знают из жизни и из уроков математики. Решение этой задачи помогает не только поставить учебную проблему, но и приступить к ее рассмотрению. Проблемную ситуацию можно создать с помощью качественного вопроса. Так, например, при изучении атмосферного давления можно спросить: «Нередко наблюдали, как рыбы, поднятые со дна моря, разрываются. Чем это можно объяснить?» При изучении закона Паскаля: «Если из мелкокалиберной винтовки выстрелить в сырое яйцо, то оно разлетится вдребезги, а если в варёное – образуется просто отверстие. Чем это объяснить?»

Роль и место эксперимента в преподавании физики исключительно велика. Эксперимент является источником знания. Могучим методом физических исследований, критерием истинности знаний о мире. Методика включения эксперимента в канаву урока может быть самой различной. Эксперимент можно успешно использовать и для постановки учебной проблемы благодаря его особенности привлекать. Порой буквально приковывать к себе внимание школьников.

Наблюдение новых, подчас неожиданных эффектов возбуждает познавательную активность учащихся, вызывает острое желание разобраться в сути явления. При этом в одних случаях полезно предложить учащимся внимательно наблюдать за происходящим. В других – попробовать предсказать заранее результат опыта.

Очевидно. Вторым приемом полезно воспользоваться тогда, когда можно ожидать заведомо ошибочных предсказаний, после чего демонстрация вызовет еще больший интерес.

Например, постановка проблемы и выдвижение гипотезы. Начало «открытия»

нового знания. (Фрагмент урока в 8 классе. Тема: «Зависимость силы тока от напряжения»)

Цель: обозначить тему урока;  выдвижение гипотез учениками и нахождение путей их решения; выявить затруднения в деятельности ребят; подведение детей к открытию нового знания с помощью подводящего или побуждающего диалога.

На данном этапе ученики выбирают метод решения учебной задачи и на его основе выдвигают и обосновывают гипотезы. На данном этапе урока ученики готовятся преодолеть  возникшее затруднение с помощью нового способа действия (эксперимента).

Возникшее затруднение фиксируется учащимися (мотив).

На данном этапе активизируются мыслительные операции: внимание, память и т.д.

Использованы коллективные формы работы: побуждающий диалог, фронтальная работа.

На данном этапе:  выявляются причины ошибок; является ли индивидуальной деятельность детей в проблемной ситуации; зафиксировано ли самими детьми запланированное затруднение; выбран ли метод решения проблемной ситуации детьми самостоятельно; предложено ли решение проблемы самими детьми; не нарушена ли учителем роль организатора коммуникации.

Обобщая ответы ребят на приведенные вопросы, воспроизвожу опыт№1.

Учитель. Ребята, что вы видите на столе?

Ученик. Собрана электрическая  цепь, состоящая из регулируемого источника, резистора, амперметра, ключа и вольтметра.

С помощью потенциометра плавно изменяю напряжение между концами проводника. Ребята удивленно обращают внимание на изменение показания амперметра.

Учитель. Ребята, как вы считаете, почему изменяется показание амперметра? (Проблема)

Ученики.  Вероятно, существует какая-то зависимость между силой тока и напряжением (Выдвигается гипотеза).

Учитель. Будут ли другие версии?  

Ученики в основном придерживаются данного предположения.

Учитель. Ребята, кто из вас попробует сформулировать тему сегодняшнего урока?

Ученики. Тема нашего сегодняшнего урока так и называется: «Зависимость между силой тока и напряжением».

Прошу ребят открыть тетради и записать число и тему урока. Я записываю на доске и умышленно , предупредив ребят, оставляю место для продолжения темы.

Продолжаю беседу (подвожу детей к открытию нового знания с помощью побуждающего и подводящего диалога).

Учитель. Ребята, как вы считаете, почему существует  зависимость между силой тока и напряжением?

Ребята затрудняются дать правильный ответ на данный вопрос.

Учитель. Что показывает сила тока?

Ученики. Сила тока показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени?

Учитель. От чего зависит величина заряда?

Ученики. От работы, совершаемой электрическим полем по перемещению заряда.

Учитель. Какая физическая величина показывает, какую работу совершает электрическое поле по перемещению заряда?

Ученики. Напряжение.

Учитель. Почему существует связь между силой тока и напряжением?

Ученики. Напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле по перемещению заряда, а величина заряда, прошедшего через сечение проводника за единицу времени определяется силой тока.

Учитель. А какая  зависимость между  силой  тока и  напряжением? (Проблема)

Ученики. Предполагаю, что при увеличении напряжения между концами проводника, сила тока увеличивается. (Выдвигается очередная гипотеза учениками).

Учитель. Будут ли другие версии? (Пауза)

Учитель. Обоснуйте данное предположение.

Ученики. Чем большую работу совершит электрическое поле по перемещению заряда, тем величина заряда прошедшего через сечение проводника будет больше.

Учитель. Ребята, вы предполагаете: 1) сила тока зависит от напряжения;                                                               2) при увеличении напряжения, сила тока увеличивается.

4. Продолжение «открытия» детьми нового знания.

Цели: подведение детей к «открытию» нового знания с помощью эксперимента.

На данном этапе необходимо четко зафиксировать новый способ действий (проведение эксперимента, анализ результатов, построение графика зависимости силы тока от напряжения).

Учитель. Ребята, как вы считаете, как можно проверить ваши предположения?

Ученики (хором). С помощью опыта.

Зачитываю слова Л.да Винчи:

 «Знания, не проверенные опытом, матерью всякой достоверности, бесплодны и полны ошибок».

Учитель. Ребята, ваши предположения мы проверим экспериментально. Попробуем исследовать зависимость силы тока от напряжения.

На столе собрана опытная установка, по описанию приведенному выше.

Учитель. По какой схеме собрана электрическая цепь.

К доске выходит ученик и показывает схему. Ребята чертят  в тетрадях.

Ребятам объясняю ход проведения опыта.

          Далее воспроизвожу опыт №1 по описанию, приведенному выше. С помощью данного опыта, мы исследуем зависимость силы тока от напряжения.

        Плавно увеличивая напряжение между концами проводника ребята видят, как увеличивается сила тока.

           Результаты исследования заносим в таблицу.

Для проведения опыта прошу одного ученика помочь у доски заполнить таблицу.

        По ходу беседы с ребятами  анализируем полученные результаты. 

Учитель.  Ребята, как вы думайте, какая зависимость между силой тока и напряжением?

Ученики.  Прямая пропорциональная зависимость.

Учитель.  Почему вы так считаете?

Ученики.  Это видно из результатов исследования, приведенные в таблице.

Учитель.  Ребята, а что значит прямая пропорциональная зависимость?

Ученики. Во сколько раз увеличили напряжение, во столько же раз увеличилась сила тока.

Учитель.  Какой вывод можно сделать из всего вышесказанного?

Ученики. Сила тока прямо пропорциональна напряжению. 

Учитель.  Как можно записать математически?

Ученики.  I~U.

Учитель. Ребята, как вы считаете, эксперимент подтвердил  ваши  предположения?

Ученики (хором). Да. (Ситуация успеха)

         Этот вывод доказываем еще раз построением графика по результатам опыта.

К доске прошу выйти ученика для построения графика.

        Обращаю внимание ребят на то, что графиком данной зависимости силы тока от напряжения  является прямая. Это еще раз доказывает, что между силой тока и напряжением прямая пропорциональная зависимость.

Учитель. Ребята, как можно записать эту зависимость в виде пропорции?

Ученики.  (выходит к доске и записывает формулу):  I1\I2=U1\U2.

Учитель. Ребята, как вы думайте, данная формула справедлива в любых ситуациях?

Ребята затрудняются ответить.

Учитель. К ответу на данный вопрос вернемся позже. А сейчас проведем небольшую самостоятельную работу.

Первичное закрепление по первой части новых знаний (самостоятельная работа с самопроверкой по эталону).(3мин)

Цель: создание ситуации успеха.

На данном этапе показывается: самостоятельное решение и самоконтроль детьми типового задания на новый способ действия; создание мотивации на успех для каждого ребенка.

Требования к этапу: самостоятельно ли дети проверяли свою работу; какая часть детей верно ее выполнила; организована ли корректировка знаний для детей, не справившихся с работой; создана ли мотивация на успех для каждого ребенка.

         С целью закрепления данного соотношения, ребятам предлагаю для самостоятельного решения задачу из упр.17(1).

  В это время незаметно для ребят в  установке опыта 1 заменяю резистор на другой, из другого металла.

Устно проверяю решение задачи.

Показываю образец правильного решения на доске с помощью компьютера.

Хвалю учеников за правильное решение.

Учитель. Ребята, сила тока зависит только ли от напряжения? Как вы считаете?

На данный вопрос большинство ребят затрудняются дать правильный ответ.

Некоторые ребята делают предположение, что возможно, сила тока зависит не только от напряжения.

Учитель. Если сила тока зависит не только от напряжения, то от чего еще зависит сила тока?

На данный вопрос, большинство  ребят вновь затрудняются ответить. Некоторые ребята предполагают, что сила тока зависит возможно от самого проводника (вновь выдвижение гипотезы ребятами).

Учитель . Ребята, как можно проверить ваше предположение?

Ребята (хором). С помощью опыта.

Учитель. А с помощью какого опыта можно проверить?

Слушая нескольких ребят, обращаю особо внимание ребят на следующий опыт, предложенный учеником: повторить первоначальный опыт, но только вместо данного проводника взять другой проводник, изготовленный из другого материала.

                  Учитель. Ребята, я воспроизвожу опыт№1  вновь. Но в отличие от предыдущего опыта, вместо никелиновой проволоки  здесь вы видите медный провод. Обратите внимание, с помощью потенциометра напряжение между концами проводника довожу до 2В.

Ребята с удивлением замечают, что стрелка амперметра показывает достаточно большой ток по сравнению с предыдущим результатом (ситуация успеха).

Учитель. Ребята, как объяснить результаты опыта?

Ответы учеников. Значит, действительно, сила тока зависит от самого проводника.

Учитель. Вы правы. Молодцы.

Ребята, как вы считаете, какой проводник лучше проводит электрический ток?

Ученики. Второй.

Учитель. Почему вы так считаете?

Ученики. Так как при одинаковых напряжениях сила тока во втором случае больше, т.е. больший заряд проходит за единицу времени.

Учитель (Напоминаю выше приведенный вопрос).    Данное соотношение справедливо при любых условиях? I1\I2=U1\U2.

Ученик. Нет. При условии, если проводник один и тот же.

Учитель. Ребята, в физике зависимость силы тока от самого проводника характеризуется сопротивлением. Разные проводники оказывают разное сопротивление электрическому току.

Учитель. Ребята, тема нашего дальнейшего разговора так и называется…

Ученики (хором). …сопротивление.

Записываю на доске, а ребят прошу записать в тетрадях.

Учитель. Как вы считаете, чем вызвано сопротивление проводников?

На данный вопрос большинство ребят затрудняются ответить. С помощью наводящих вопросов пытаюсь подвести детей к правильному ответу.

Учитель. Вспомните,  пожалуйста, внутреннее строение металлов.

Ученик. Металлы состоят из атомов, которые потеряли с последних электронных орбит электроны. Атомы, потерявшие электроны располагаются в узлах кристаллической решетки, а электроны блуждают между ионами.

Учитель. Что такое электрический ток в металлах?

Ученик. Упорядоченное движение свободных электронов.

Учитель. Что мешает двигаться электронам в одном направлении?

Ученик. Ионы. Электроны постоянно сталкиваются с ионами кристаллической решетки и изменяют направление своего движения.

Учитель. Чем же вызвано сопротивление проводников?

Ученик. Ударами электронов об ионы кристаллической решетки металлов.

        Ввожу понятие сопротивления.

        Отмечаю, что сопротивление является электрической характеристикой проводника.

Учитель. Ребята, какой вывод можно сделать из всего вышесказанного?

Ученики. Сопротивление вызвано ударами свободных электронов  об ионы кристаллической решетки металла. Чем чаще эти удары, тем сопротивление проводника больше (данный вывод ребята записывают в тетрадях).

Далее ввожу единицы измерения сопротивления.

[R]=[1В\А]=[1Ом]

Учитель. Ребята, как вы считаете, от чего зависит сопротивление проводника как электрическая его характеристика?

Ребята ответить на данный вопрос затрудняются.

Учитель. Ответ на данный вопрос мы получим на последующих уроках. А вы подумайте над ответом на данный вопрос. Я надеюсь, что на следующем уроке среди вас найдутся желающие мне помочь ответить на данный вопрос.

Таким образом,  проблемную ситуацию можно создать с помощью демонстрационного опыта. Но каждый из нас знает на сколько сложно воспроизводить «живые» демонстрационные опыты в школе из-за отсутствия оборудования. Мной на уроках широко используются  сборники демонстрационных опытов для средней общеобразовательной школы на компьютерных дисках. Данные демонстрационные опыты удобны не только из-за отсутствия оборудования в школах, но и более наглядные, яркие, с музыкальными заставками, что позволяет в ходе воспроизведения опытов ребятам получить психологическую разгрузку.

     Например, на уроке изучения темы «Фотоэффект», воспроизвожу опыт «Явление фотоэффекта».

Провожу проблемную беседу по следующим вопросам:

1) Почему электроскоп заряженный от эбонитовой палочки под действием ультрафиолетового излучения разряжается, а заряженный от стеклянной палочки не разряжается?

2) Почему отрицательно заряженный электроскоп не разряжается , когда помещают на пути ультрафиолетового излучения стеклянную пластину?

3) Почему отрицательно заряженный электроскоп в случае облучения медной пластины ультрафиолетовым излучением не разряжается? 

Проблемное обучение не может выступать единственным средством активизации познавательной деятельности учащихся, это требует много учебного времени, да и не всегда возможно. Главное, что учащиеся должны быть подготовлены к самостоятельному решению проблем. Проблемное обучение на уроках физики способствует также повышению качества знаний, что является главной проблемой на современном этапе образования.

Список используемой литературы

1. Шахмаев Н.М. «Физический материал в средней школе», г. Москва, «Просвещение» 1998 г.
2. Иванова Л.А. «Активизация познавательной деятельности учащихся при обучении физики», г. Москва «Просвещение» 1992 г.
3. Зотов Ю.Б. «Организация современного урока», г. Москва «Просвещение» 1984 г.
4. Малафеев Р.И. «Проблемное обучение по физике в средней школе», г. Москва, «Просвещение» 1993 г.