Задачі з фізики, класифікація, етапи розв’язування

Вступ

Список використаних джерел

Рекомендації для розв’язування окремих груп задач з фізики у вигляді алгоритмів

Системне застосування алгоритмів розв’язування задач

Задачі з фізики, класифікація, етапи розв’язування

Вступ

Рівне 2013

Буркалець П.В.

Вищої категорії

Спеціаліст

Застосування алгоритмів до розв’язування задач з фізики

Рівненської міської ради

Рівненська загальноосвітня школа І – ІІІ ст. № 25

Виконав:

вчитель фізики,

Зміст

3. Приклади алгоритмічних прийомів розв’язування задач

Висновки

Для чого розв’язуються задачі в школі? Загальна відповідь: для того, щоб навчитися вирішувати задачі життя, науки, техніки. Дуже важливо виділяти в навколишньому житті задачі, тобто ставити питання. Фізичні задачі мають значення для формування творчих здібностей учнів, таких рис характеру як воля, акуратність, спостережливість і багатьох інших якостей. Успішне розв’язання фізичних задач - запорука успіхів у розумінні фізики.

Фізична задача відіграє велику роль у формуванні навичок самостійної роботи. Саме це вміння найбільш повно характеризує рівень засвоєння знань, показує, як учні можуть практично застосовувати наявні знання.

Енріко Фермі стверджував, що "людина знає фізику, якщо вона уміє розв’язувати задачі".

Фізична задача - це ситуація, що вимагає від учнів розумових і практичних дій на основі законів і методів фізики, спрямованих на оволодіння знаннями з фізики та на розвиток мислення. Розв’язування задачі - це процес, який показує творчу діяльність людини.

Хоча типи задач розрізняються і дидактична мета їх розв’язання в різних класах різна, в педагогічній практиці і методичній літературі вже склалася загальна точка зору на процес розв’язування задач як частину навчання і виховання учнів на конкретному фізичному матеріалі. Учитель не просто розглядає з учнями фізичну задачу, він виховує їх, вчить самостійно мислити, тому при кожній основній темі курсу він показує учням на дошці зразки розв’язання (за активної участі всього класу) однієї-двох типових задач, формуючи у них навички правильного аналізу, раціонального запису формул і обчислень, логічного мислення.

Відомий американський математик Д. Пойа в книзі «Як розв’язувати задачу» писав: «Вміння розв’язувати задачі – це мистецтво, якого набувають практикою, подібно, вкажімо плаванню. Ми оволодіваємо будь-якою майстерністю за допомогою наслідування і досвіду. Навчаючись розв’язувати задачі, ви повинні спостерігати і наслідувати інших в тому, як вони це роблять, і, нарешті, ви оволодіваєте мистецтвом за допомогою вправ».

В останні роки все більшу увагу привертають до себе питання алгоритмізації розв’язування задач.

У новій програмі з фізики багато уваги приділено задачам. Так, підкреслено, що їх потрібно ефективно використовувати на всіх етапах засвоєння фізичного знання: для розвитку інтересу, творчих здібностей і мотивації учнів до навчання фізики, під час постановки проблеми, що потребує розв’язання, у процесі формування нових знань, вироблення практичних умінь учнів, з метою повторення, закріплення, систематизації та узагальнення засвоєного матеріалу, з метою контролю якості засвоєння навчальних досягнень учнів.

Ставлення до розв’язання задач у викладанні фізики різко відрізнялося в дореволюційній школі і в сучасній. Викладачі майже не приділяли уваги вирішенню задач з фізики, а учні не прагнули застосовувати набуті знання в розв’язанні конкретних фізичних питань.

У сучасній школі фізичні задачі є потужним знаряддям вивчення предмета. Зміна ставлення до задач з фізики відбулося, по-перше, тому, що під впливом досліджень з психології змінився погляд на процес засвоєння фізичних понять, по-друге, в школі активно впроваджувався принцип єдності теорії та практики, що вимагає більшої конкретизації фізичних понять і застосування отриманих знань в розв’язанні практичних задач.
Задача - це ситуація, з якою доводиться мати справу в навчальній і науковій діяльності, коли необхідно визначити невідоме на основі знання його зв'язків з відомими. Під фізичною задачею слід розуміти ситуацію (сукупність певних факторів), що вимагає від учнів розумових і практичних дій на основі законів і методів фізики, спрямованих на оволодіння знаннями з фізики та на розвиток мислення.

Основна мета, яку ставлять при розв’язуванні задач, полягає в тому, щоб школярі глибше зрозуміли фізичні закономірності, застосовувати їх для аналізу фізичних явищ, для розуміння практичних питань.

Розв’язування фізичних задач у процесі навчання фізики:

1. Сприяє більш виразному формуванню фізичних понять, більш різнобічному і глибокому розумінню, міцному освоєнню змісту навчання. Через відповідний підбір матеріалу фізичних задач можна знайомити учнів з новим матеріалом, розширюючи сферу їх знань, підготувати дітей до засвоєння подальших частин досліджуваного курсу. У цьому полягає пізнавальне значення розв’язування задач.

2. Створює і зміцнює навички й уміння в застосуванні фізичних законів для пояснення явищ природи і для розв’язання практичних питань. Таким чином, реалізується єдність теорії і практики.

3. Дозволяє здійснювати принцип політехнізму в навчанні (підбір задач з технічним змістом).

4. Допомагає наповнити фізичні формули конкретним змістом, дати учням навик у виборі формул і в користуванні ними.

5. Закріплює знання і застосування найменувань фізичних величин у різних системах, формує навички роботи з таблицями постійних величин.

6. Є одним з дієвих способів встановлення міжпредметних зв'язків.

7. Дозволяє здійснити повторення пройденого матеріалу, організувати контроль знань.

На практиці розв’язування фізичних задач часто використовують при викладенні нового навчального матеріалу.

Особливу увагу слід приділити задачам при закріпленні матеріалу, так як тільки уміння розв’язувати задачі характеризує ступінь усвідомленості пройденого матеріалу, міцність і глибину знань.

Задачі можна класифікувати за різними ознаками.

1. За змістом: абстрактні і конкретні, з виробничим і історичним змістом, цікаві.

2. За дидактичним цілям: тренувальні, контрольні, творчі.

3. За способом задання умови: текстові, графічні, задачі-малюнки, задачі-досліди.

4. За ступенем складності: прості (містять одну-дві дії), складні, комбіновані.

5. За характером і методом дослідження: кількісні, якісні, експериментальні.

Охарактеризуємо деякі види задач.

Якісні - це задачі, для розв’язання яких не потрібно обчислень; використання таких задач сприяє розвитку мови учнів, формування в них уміння ясно, логічно і точно висловлювати думки, покращує виклад матеріалу, активізує увагу учнів.

Приклад 1. Чому в підйомних будівельних кранів гак, який переносить вантаж, закріплений не на кінці троса, а на обоймі рухомого блоку?

Приклад 2. Чому, незважаючи на безперервне виділення енергії в електричній печі або прасці, обмотка останніх не перегорає?

Евристичний прийом при розв’язуванні якісних задач полягає у постановці та розв’язуванні ряду взаємопов'язаних цілеспрямованих якісних питань. Кожен з них має своє самостійне розв’язання і одночасно є елементом розв’язування всієї задачі. Цей прийом прищеплює навички логічного мислення, аналізу фізичних явищ, складання плану виконання задачі, вчить пов'язувати дані її умови з вмістом відомих фізичних законів, узагальнювати факти, робити висновки.

Кількісні (розрахункові) задачі особливо необхідні при вивченні тих тем програми, які містять ряд кількісних закономірностей (закони динаміки, закони постійного струму і т.д.), так як без них учні не зможуть усвідомити досить глибоко фізичний зміст цих законів.

Приклад 3. У скільки разів зменшиться енергія магнітного поля котушки, якщо силу струму зменшити на 50%?

Приклад 4. Тіло масою 30 г, кинуте з поверхні Землі вертикально вгору, досягло максимальної висоти 20 м. Знайти модуль імпульсу сили, що діяла на тіло в процесі кидання. Опором повітря знехтувати.

Графічні задачі дозволяють наочно найбільш яскраво і дохідливо висловлювати функціональні залежності між величинами, що характеризують процеси, що протікають в навколишньому середовищі і техніці (особливо при вивченні різних видів руху в механіці, газових законів). У деяких випадках лише з допомогою графіків можуть бути представлені процеси, які тільки на більш пізніх стадіях навчання фізики можна виразити аналітично (наприклад, робота змінної сили).

Приклад 5. Тіло, що має початкову швидкість 50 м/с, рухалося прямолінійно з постійним прискоренням і через 10 с зупинилося. Побудувати графік швидкості тіла і, використовуючи цей графік, знайти переміщення і шлях, пройдені тілом.

Приклад 6. Накресліть графіки ізотермічного розширення ідеального газу даної маси в координатах p, V; T, V; r, p; r, T, де T, V, r, p - відповідно температура, об'єм, густина і тиск газу.)

Експериментальні задачі - задачі, дані, для розв’язання яких отримують з досвіду при демонстрації, або ж при виконанні самостійного експерименту. При розв’язуванні цих задач учні виявляють особливу активність і самостійність. Перевага експериментальних задач перед текстовими полягає в тому, що перші не можуть бути вирішені формально, без достатнього осмислення фізичного процесу. (Так, наприклад, при вивченні фізичного приладу реостата за допомогою експериментальних задач учні усвідомлюють різницю у використанні реостата як приладу, що регулює струм в ланцюзі, і в якості подільника напруги (потенціометра).

Задачі з неповними даними найчастіше зустрічаються в житті, коли відсутні відомості доводиться добувати з таблиць, довідників, або шляхом вимірів. Розв’язування задач цього типу сприяє формуванню навичок самостійної роботи учнів з довідковою літературою.

Приклад 7. Який максимальний вантаж може витримати алюмінієва (мідна, сталева і т.п.) дріт при заданому перерізі?

Приклад 8. При якій найменшій довжині обривається від власної ваги сталевий дріт, підвішений за один кінець?

При розв’язуванні задач використовують різні методи:

Аналітичний, який полягає в розчленуванні складної задачі на ряд простих (аналіз), при цьому розв’язування починається з пошуку закономірності, яка дає безпосередню відповідь на питання задачі. Остаточна розрахункова форма виходить шляхом синтезу ряду закономірностей.

Синтетичний, коли розв’язування задачі починається не з шуканої величини, а з величин, які можуть бути знайдені безпосередньо з умови задачі. Розв’язування розгортається поступово, поки в останню формулу не увійде шукана величина. При такому підході розв’язування задачі знову ж таки треба починати з аналізу явища.

Структура процесу розв’язання задачі:

- ознайомлення з умовою задачі;

- складання плану виконання задачі;

- здійснення розв’язування;

- перевірка правильності виконання задачі;

Виходячи з наведеного вище, можна виділити наступні етапи формування в учнів уміння розв'язувати задачі з фізики:

1. Аналіз. Умова задачі являє собою код. На першому етапі відбувається перекодування інформації - це короткий запис умови задачі, малюнки, креслення.

2. Виявлення структури процесу розв'язання задачі. Основну увагу слід приділити оволодінню учнями загальними операціями для розв’язування фізичних задач будь-якого типу.

Перерахуємо зазначені операції:

- вибір раціональних способів розв’язання задачі;

- виконання наближених обчислень;

- виконання дій з іменованими величинами;

- перетворення одиниць величин;

- застосування різних способів перевірки;

- Аналіз результатів.

Операції відпрацьовуються в процесі розв’язання конкретних задач.

3. Засвоєння загальної структури розв’язування класу задач по конкретній темі, на застосування конкретних фізичних законів. Засвоєні раніше операції шикуються в струнку систему, яку можна розглядати як послідовність алгоритмічного типу для розв’язання задач з певних тем.

4. Послідовність алгоритмічного типу для розв’язання задач певного виду (якісні, кількісні, експериментальні та ін.) з конкретних тем і на конкретні закони узагальнюються в загальні послідовності алгоритмічного типу для розв’язання задач цього виду.

5. Відбувається подальше узагальнення послідовностей алгоритмічного типу, при цьому виробляється загальне послідовність для розв’язання будь-якої фізичної задачі.

Розуміння задачі визначається не тільки розкриттям її змісту, а й структурою. Діяльність учнів в процесі розв’язування фізичних задач, як правило, складається з трьох етапів:

1. Аналіз фізичної проблеми або опис фізичної ситуації;

2. Пошук математичної моделі розв’язку;

3. Реалізація розв’язку та аналіз одержаних результатів

Розглядаючи кожен з етапів більш детально, визначають, що на першому відбувається побудова фізичної моделі задачі, яка подана в її умові:

- аналіз умови задачі, визначення відомих параметрів і величин та пошук невідомого;

- конкретизація фізичної моделі задачі за допомогою графічних форм (малюнки, схеми, графіки тощо)

- скорочений запис умови задачі, що відтворює фізичну модель у систематизованому вигляді.

На другому, математичному етапі розв’язування фізичних задач відбувається пошук зв’язків і співвідношень між відомими величинами і невідомими:

- вибудовується математична модель фізичної задачі, робиться запис загальних рівнянь, що відповідають фізичній моделі задачі;

- враховуються конкретні умови фізичної ситуації, що описується в задачі, здійснюється пошук додаткових параметрів (початкові умови, фізичні константи);

- приведення загальних рівнянь до конкретних умов, що відтворюються в умовах задачі, запис співвідношення між відомим і невідомими величинами у формі часткового рівняння.

На третьому етапі учні мають здійснювати такі дії:

- аналітичне, графічне або чисельне розв’язування рівняння відносно невідомого;

- аналіз одержаного результату щодо його вірогідності і реальності, запис відповіді;

- узагальнення способів діяльності, які властиві даному типу фізичних задач, пошук інших шляхів розв’язування.

Отже, фізичні задачі є важливою складовою частиною процесу навчання фізики. Успіх навчання розв’язування задач значною мірою залежить від того, чи користується вчитель узагальненим методом розв’язання задач, чи кожна конкретна задача вирішується своїм методом. Останнім часом саме за вмінням розв'язувати фізичні задачі оцінюються знання учнями фізики.

Дата добавления: 2015-05-24