Как используется графическое моделирование на уроках физики и при подготовке к ЕГЭ.
статья по теме

Как используется графическое моделирование на уроках физики и при подготовке к ЕГЭ.

                                                                                             «Надо учить не содержанию науки,

                                                                                                 а деятельности по ее освоению».

                                                                                                                                В.Г.Белинский

          Проходя переподготовку на курсах повышения квалификации в ГОУРПО «Ростовском областном институте повышения квалификации и переподготовки работников образования» под руководством М.С.Атаманской мы рассматривали все возможные варианты для лучшего усвоения физики учащимися в школе, а значит, и повышения качества преподавания по физике, развития интереса к физике.

        В результате обсуждений, были выделены некоторые важные методы обучения физике, предложенные Мариной Сергеевной.

А) Метод опережающего эксперимента. Данная методика позволяет учащимся не просто получить знания со слов учителя или, читая учебник, а самому быть в роли ученого, выдвигающего свои гипотезы и проверяющего их, открывая те или иные закономерности. То, что ребенок открыл сам, не нужно специально учить или запоминать. Т.е. очень важен сам факт осознания полученных знаний.

Б) Деятельностный подход к обучению «с разных сторон».

Более подробно хочу остановиться на графическом моделировании физических явлений и процессов, т.е. развитии у детей образно - символического мышления.

        В образно – символическом мышлении для осмысления главным является представление, свое видение мира и выражение своего отношения к этому миру. Поэтому формирование способности личности к конструированию и оперированию образно символическими средствами и присвоение ценностно-смысловой составляющей мира это две стороны одного и того же процесса, связанные между собой и протекающие одновременно.    

        Традиционное образование сводится к обучению личности путем освоения знаний о мире, ранее накопленные мировой культурой. Поэтому взаимодействие ребенка с миром ограничивается работой на уровне правил, законов открытых ранее учеными разных стран. Но таким образом навязывается общепринятое видение мира, явлений, но не ощущений самого ученика.  В результате возникает недопонимание физических процессов, а потом и нежелание разобраться в их сути, т.к. гораздо быстрее и выгоднее их просто заучить. Но выучить все невозможно!

        «Направленная работа с детьми на смысловом уровне кардинально изменяет характер социального развития ребенка, наделяя его способностью видеть за конкретным – общее, за материальным – духовное, за предметом – ценность жизни».1

          «Благодаря своим сущностным характеристикам образно – символическое мышление способствует развитию ценностно-смысловой сферы личности. Поэтому проблема формирования образно-символического мышления – важнейшая проблема теории и практики образования».2

        Каждый человек индивидуален, а значит, изучая окружающий мир и явления, он пропускает его через свое сознание, через свои ощущения. И тот или иной объект, явление может рассматриваться им по-своему; человек выражает свое индивидуальное отношение к данному объекту и описывает своим образно – символическим языком, понятным ему. Значит необходимо дать детям возможность «изобразить» свое отношение к изучаемому явлению в знаках и символах, понятных ему.

        Например, могут  быть такие возможности знаковых систем в описании равномерного движения.

        Рассмотрим практическую задачу, где организована связь между результатом опыта и условиями его получения, оформленную графическим методом.

Текст условия задачи.

Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, динамометр, линейку и 3 груза, соберите экспериментальную установку для определения жесткости пружины.

        Рассмотрим еще один пример решения задачи с поэтапным моделированием.

Условие задачи. В вакууме закреплен горизонтальный цилиндр с поршнем. В цилиндре находится 0,1 моль гелия. Поршень удерживается опорами и может скользить влево вдоль стенок без трения. В поршень попадает пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 400 м/с, и застревает в нем. Температура гелия в момент остановки поршня в крайнем левом положении возрастает на 64 К. Какова масса поршня? Считать, что за время движения поршня газ не успевает обменяться теплом с поршнем и цилиндром.

Шаг 1. Представим условие задачи в виде модели (реконструкция условия задачи).

Шаг 3. Математическая модель решения задачи.                                                      Рассмотрим более подробно взаимодействие пули и поршня – абсолютно неупругое. Изменение кинетической энергии поршня равно работе всех сил, действующих на него.

        Ребенок может прочитывать задачу многократно и не понимать ее сути, потому что не происходит перехода от данной знаковой системы к другой, более понятной, т.е. к образу данного явления, условиям его протекания. Каждый ученик должен сам подобрать себе ту знаковую систему, в которой он сможет ориентироваться. Итак, преобразовывая «обычные» тексты задач в графические образы, понятные ребенку, он сам поднимается на новый уровень. «Графический образ» как дидактическая технология ориентирован на развитие воображения, воображение же – атрибут творчества.3 Развивая  «образ вообще», а «графический» в особенности, мы сближаем учебное и научное познание.

        За графическими образами мы вправе видеть смысловые образы. Наука свидетельствует: смыслам не учат и не учатся – смыслы раскрываются. «Физика образов» - это механизм обнаружения учащимися в явлениях мира новых смыслов, когда сделать это возможно, не иначе, как сконструировав образ. Конструирование графических образов, следовательно и смыслообразующий процесс. Смыслы же, смысловые структуры личности, как свидетельствует психология,  - это высшая инстанция регуляции жизнедеятельности человека, которая осуществляет структуирование целостной личности.3

       Опыт М.С.Атаманской, которым она щедро делится с учителями на курсах переподготовки, трудно переоценить. Марина Сергеевна как генератор идей, которые при воплощении в жизнь дают поразительные результаты в обучении детей.

Литература.

1. Л.Т. Потанина, А.Н. Гусев «Связь образно – символического мышления с развитием ценностно-смысловых представлений личности», Вопросы психологии, 2008г  №2.
2. Л.Т. Потанина, Н.Е. Щуркова «Символика… ведения». М.: Педагогическое общество России, 2001. С.56 – 94.
3. В.Т. Фоменко, доктор педагогических наук, профессор «Физика» «Технология графических образов». Ростов–на- Дону, Издательство Ро ИПК и ПРО, 2004.

4

8

t,с

х,м

5

4

3

2

1

0

16

12

0

-4

2. В виде движения тела по координатному лучу с параллельной ему осью времени.

1. В виде движения тела по горизонтальному координатному лучу.                                              Тело за равные промежутки времени проходит равные пути.

4м/с

4м/с

4м/с

4м/с

4м/с

х,м

16

12

8

4

0

-4

3. Данное движение можно представить в образе таблицы.

В начальный момент времени      х0 = - 4 м

-4

Х3=-4+4*3=8

Х2=-4+4*2=4

16

12

8

4

1

2

3

4

5

-4

t,с

0

х,м

0

t,с

5

4

3

2

1

х,м

16

12

8

4

0

-4

Через 5с

Через 4с

Через 3с

Через 2с

4. Представим равномерное движение графически

Через 1с

х,м

х,м

х,м

х,м

х,м

16

16

16

16

16

х,м

12

12

12

12

12

12

8

8

8

8

8

16

8

4

4

4

4

4

4

0

0

0

0

0

0

Х1=-4+4*1=0

-4

-4

-4

Х4=-4+4*4=12

-4

Х5=-4+4*5=16

х =   х0 + υ *t

-4

5. Анализируя графическое представление, можно построить график зависимости координаты от времени

6. Удобнее построить график зависимости координаты от времени, повернув предыдущий на 90⁰ против часовой стрелки.

7. Анализируя графическое представление, можно представить движение на языке символов, где               х - координата тела в любой момент времени;                   х0 - начальная координата;   υ – скорость тела.

х =   х0 + υ t

Х5= - 4 + 4*5 = 16

Х4= - 4 + 4*4 = 12

Х2= - 4 + 4*2 = 4

Х3= - 4 + 4*3 = 8

Х1= - 4 + 4*1 = 0

Тело движется с постоянной скоростью 4 м/с  из точки с координатой  - 4 м.  Определить положение тела за 5 с от начала движения.

   х0 = - 4 м ;  υ = 4м/с.

8. Знаковая система в форме текста.

 ΔХ  

F 

F = k ΔХ     ;   k =

ΔХ3

ΔХ2

ΔХ1

F = 3, Н

F = 2, Н

F = 1, Н

F = 0, Н

1

F, Н

х, м

3

2

1

0

3

3

3

2

2

2

1

1

0

0

0

Н

3

2

0

1

В вакууме закреплен горизонтальный цилиндр с поршнем. В цилиндре находится 0,1 моль гелия. Поршень удерживается опорами и может скользить влево вдоль стенок без трения.

0,1 моль

Т1

υ =400 м/с

10 г

ΔТ=64К

В поршень попадает пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 400 м/с, и застревает в нем.

υ пули 

Шаг 2. Анализ данных задачи.                       Дано:                       СИ                  Решение:                                    ν=0,1моль Не                                                      mпули=10г            0,01кг                                                  υ =400 м/с                                                       ΔТ=64К                                                                   Q=0                                                                      Fтр=0                       

mпоршня - ?кг

Не (гелий)  можно считать идеальным газом.

y

υ/? 

3

ΔU=           ν RΔT

υ/ 

2

Считать, что за время движения поршня газ не успевает обменяться теплом с поршнем и цилиндром.

По первому закону термодинамики               ΔU=Q+A , но по условию  Q=0, следовательно, ΔU= A

υ/ =0

Температура гелия в момент остановки поршня в крайнем левом положении возрастает на 64 К.

х

По закону сохранения импульса:

mпоршня υ поршня + mпули υ пули = mпоршня υ/ поршня  + mпули  υ/ пули

                                 mпули υ пули = (mпоршня+ mпули ) υ/

υ/ =                                          , тогда   А=                                                                      = ΔU

                                ;                                                                                     после алгебраических  

 преобразований,  находим массу поршня.

mпоршня =                                  -  mпули ; после подстановки числовых данных mпоршня = 0,09кг.

Ответ: mпоршня = 0,09кг.

Т.к поршень может скользить влево вдоль стенок без трения, то силой трения в данной задаче можно пренебречь:               Fтр=0                       Асилы тр=0       ,   значит изменение кинетической энергии поршня идет за счет совершения работы при сжатии газа.

3ν RΔT

(mпули υ пули)2

(mпули υ пули)2

(mпоршня+ mпули)

2

           ν RΔT =

2

3

3

2

ΔU=           ν RΔT

(mпоршня+ mпули )  

2

(mпоршня+ mпули)2

(mпули υ пули)2

2

(mпоршня+ mпули)

mпули υ пули

А=               , где  m= mпоршня+ mпули ;          А=                                               , где    υ/ - скорость

поршня и пули после взаимодействия.

(mпоршня+ mпули ) υ/2

2

2

m υ2

2

υ/

υ поршня=0

υ пули=400м/с

После взаимодействия

До взаимодействия