Система подготовки к олимпиадам по физике

Методические рекомендации 
по подготовке учащихся к олимпиадам по физике. 
Современные требования к организации обучения школьников согласно модернизации российского образования нацеливают учителя на развитие творческой, социально-активной личности, выявление ее познавательных интересов и потребностей, выдвигает задачу развития познавательных способностей, активизации самостоятельности учащихся. Нынешнему поколению, растущему в условиях стремительных перемен, жить придётся в совершенно ином обществе, динамически изменяющемся, поэтому важнейшей задачей становится проблема подготовки молодёжи самостоятельно действовать, принимать решения. 
Особое место среди всех видов и форм деятельности обучаемых, способствующих активизации познавательной самостоятельности, реализации творческого потенциала школьников занимает участие школьников в олимпиадах. 
Предметные олимпиады являются соревнованием школьников по общеобразовательным предметам. Главная их задача заключается в повышении интереса учащихся к изучению школьных дисциплин и выявлению талантливых учащихся. 
Олимпиады позволяют школьникам, проверить и критически оценить свои возможности, определиться в выборе дальнейших путей своего образования. В отличие от конкурсов, написания рефератов или исследовательских работ, олимпиады охватывают более широкий круг знаний по тому или иному школьному курсу и способствуют формированию более широкой эрудиции, к чему так стремиться любой учитель. Олимпиады привносят в изучение предмета творческое начало. Дети, увлеченные той или иной наукой, не должны откладывать творчество на завтра. Им нужно пробовать свои силы уже сегодня в достаточно серьезных испытаниях. 
Наши учащиеся не очень хорошо решают нестандартные задачи предлагаемого уровня. И одной из причин является отсутствие в школах специальной системы подготовки учащихся к олимпиадам по физике. Хочется почеркнуть, что подготовка учащихся к олимпиадам по физике должна быть специальной, уточним: она обязательно должна быть долгосрочной, комплексной, системной и отличной от школьных занятий, как по программе, так и по методам обучения. 
1. Теоретические задания 
Совершенно не случайно все конкурсные и олимпиадные задания предлагаются в виде задач. Именно решение задач по физике позволяет судить как о степени теоретической подготовленности учащегося, так и об уровне его логического мышления. Теоретические задания по физике региональных и всероссийских олимпиад можно условно разделить на две категории. Первая уводит в условный мир идеализированных моделей: материальных точек, невесомых и нерастяжимых нитей, идеальных индуктивностей и емкостей и др. Задачи такого типа представляют собой своего рода головоломки, в которых непросто разобраться. Для их решения кроме хорошего знания законов физики нужно еще знать "маленькие хитрости", проявить изобретательность и смекалку, умение выбрать нетривиальный способ рассуждения (обычные же способы или нерациональны, или невозможны при использовании школьного математического аппарата). 
Вторая категория—это задачи, приближенные к практике, родившиеся под влиянием физического эксперимента или при наблюдениях явлений природы. В таких задачах рассматриваются не идеализированные схемы, а реальные физические объекты. Зачастую они носят оценочный характер и, по существу, являются небольшими физическими исследованиями, а их решение — прообразом научного поиска. Важная особенность теоретических задач всех этапов олимпиад — их физическая сущность. 
2. Экспериментальные задания 
Всем известно, что физика – наука экспериментальная. Именно поэтому самой высокобалльной задачей олимпиады по физике является экспериментальная задача. Задачу называют экспериментальной, если для ее решения необходимо использовать измерения. 
При постановке экспериментальных заданий в силу множества объективных факторов преимущество отдается наиболее простым в плане использования оборудования. Нужно отметить, что простота задания и применяемых экспериментальных средств не есть серьезный недостаток; наоборот, это достоин¬ство; академик П.Л. Капица подчеркивал, что чем более простыми средствами выполняется экспе¬римент, тем он более ценен для учащихся. 
Обычно экспериментальное задание предпо¬лагает несколько способов его выполнения; уче¬ник должен провести анализ каждого, оценить точность получающихся результатов и выбрать оптимальный. Особую ценность представляют задания, которые в определенной своей части посильны каждому ученику и в то же время содержат элементы, которые доступны лишь немногим, например самым наблюдательным. 
Можно выделить несколько типов экс¬периментальных заданий: 
- измерение параметров физической системы; 
- исследование зависимостей (в том числе не изучаемых в школьном курсе); 
- определение схемы (электрической, механи¬ческой, оптической), скрытой в "черном ящи¬ке", и ее параметров; 
- конструирование действующей модели техни¬ческого устройства. 
3. Организация дополнительной работы с одаренными учащимися 
Основное направление дополнительных занятий – установление связей между отдельными темами, изучаемыми в различных классах средней общеобразовательной школы. 
Основной принцип – не дать забыть пройденный материал, даже если он изучался в прошлые годы. 
Основная форма занятий – индивидуальные занятия или групповые лекции с индивидуальными консультациями. 
а) Дополнительная работа с одаренными учащимися должна быть долгосрочной. 
Научить ребят решать задачи по физике очень не просто. Можно хорошо знать теорию и не уметь решить даже простейшую задачу. Для того, чтобы успешно решать задачи, знание теории необходимо, но недостаточно. И причина этого в том, что умение решать задачи по физике требует не только конкретных знаний, но в большей степени знаний обобщенных, которые приобретаются только на опыте, в процессе решения большого количества задач. Отсюда, и это едва ли не главное условие обучения, - необходимо время для приобретения этого опыта. 
Практика показывает, что не менее года систематических дополнительных специальных занятий необходимо провести с ребенком, прежде чем можно будет с надеждой на успех направлять его на олимпиаду по физике. Поэтому начинать подготовку к олимпиаде по физике учащегося, у которого определился интерес и способности к изучению физики, желательно уже с 7 класса. Причем дополнительные занятия с одаренными ребятами должны быть не только постоянными в течение всего учебного времени, не должны они прерываться и во время школьных каникул. 
б) Интенсивность дополнительных занятий. 
Интенсивность занятий зависит от общей занятости учащегося. В идеале дополнительные занятия обзорного вида нужно проводить как можно чаще, например, не реже трех раз в неделю. При переходе непосредственно к методам решения задач интервал между занятиями увеличивается до недели, так как на решение предложенного набора задач необходимо время. Но в течение этой недели необходимо устраивать консультации для разрешения возникающих вопросов. 
Во многих школах для интенсивных занятий используют каникулы, выдавая за это время максимум информации. Но такие занятия практически всегда имеют невысокий КПД, так как закрепления начитанного учителем материала не происходит. Значит, при таком графике работы методика должна быть специальной, учитывающей не только объем информации, но и методы наиболее эффективной ее обработки. 
в) Формы дополнительных занятий. 
Если на начальном этапе дополнительной работы с учащимися групповые занятия практикуются как основные, то по мере выявления различной степени одаренности детей занятия все больше приобретают индивидуальный характер. 
Более того, групповые занятия дают нужный эффект только в сочетании с индивидуальными консультациями и постоянным контролем за выполнением намеченных заданий. Многие учителя практикуют заведение специальных дневников, куда записывают индивидуальный график дополнительных занятий, задание на определенный срок и отметки о выполнении этого задания. Именно такая работа учителя окупается успехами его учеников. 
Следует обратить внимание, что целью дополнительных занятий является не столько изучение нового материала, сколько обобщение, систематизация и расширение уже имеющихся у учащихся знаний. Поэтому возможно объединение учащихся разных классов при работе над какой-то конкретной темой, или наоборот, разъединение даже одноклассников на разные группы в соответствии с их способностями. 

г) Программа подготовки учащихся к олимпиадам должна быть комплексной. 
Дополнительные занятия с одаренными ребятами должны проводиться в строгом соответствии с составленной программой. Бессистемные занятия по решению задач повышенной трудности чаще всего ничего или почти ничего не дают. По мере выявления способностей или наоборот не способностей детей освоить предложенную программу, она обязательно корректируется. Именно программа должна учитывать и отражать индивидуальные особенности каждого одаренного ребенка. 
Отличительной особенностью подготовки к олимпиаде по физике является ее комплексность. Это не просто дополнительные занятия по углубленной программе. В отличие от других предметов, подготовка к олимпиаде по физике требует обязательного расширения и углубления знаний практически всех, изучаемых в школе разделов математики, знания основ строения вещества, изучаемого в химии, основ информатики, а также приемов развития памяти и методов запоминания. 
Это должен быть комплекс взаимосвязанных тематикой и временем изучения программ по математике, физике, химии и информатике. Именно такое сочетание дает достаточно быстрое и качественное овладение приемами и методами решения физических задач. И если включение химии и информатики в программу подготовки к олимпиаде по физике может быть делом нужным, но не жизненно важным, то без специальных занятий по математике подготовка к олимпиаде по физике состояться просто не может. Дело в том, что решить физическую задачу – означает восстановить неизвестные связи параметров и величин заданного физического явления. Любое решение физической задачи предполагает три обязательных этапа: физический – он заключается в анализе процесса или явления и составлении замкнутой системы уравнений; математический – получение решения этой системы в общем и числовом виде; заключительный - анализ решения с физической точки зрения. Поэтому решение задач по физике требует очень глубоких знаний практически всех разделов математики. Все проводимые олимпиады по физике показывают, что учащиеся не справляются с математической частью физических задач, в особенности, если требуется знание геометрии или тригонометрии. 
д) Математическая часть программы подготовки к олимпиаде по физике. 
В программу подготовки к олимпиаде по физике обязательно должна быть включена программа по математике, включающая разделы в соответствии с возрастом учащихся. Практика показывает, что занятия по математике лучше проводить циклами, опережающими занятия по физике.. Программа таких занятий ориентирована на выработку у учащихся практических навыков по решению уравнений (неравенств) и систем уравнений (неравенств) различных типов. И только после этого начинаются занятия непосредственно физикой. 
4. Рекомендации по составлению программы по физике. 
Как было уже замечено, подготовка учащихся к олимпиаде по физике не допускает бессистемных занятий только по решению задач. Необходима строго разработанная система занятий, в которой обязательно должны быть учтены все виды подготовки: основы теории, основные методы и приемы решения задач, эксперимент. И обязательное сочетание программы подготовки по физике с программой подготовки по математике. 
При составлении программы подготовки к олимпиаде по физике рекомендуется обратить внимание на те вопросы теории, которые всегда вызывают затруднения у ребят. 
Порядок включения предложенных тем в программу по физике может быть любым, в зависимости от возраста учащихся и методов работы конкретного учителя. Программа по физике не может быть единой для всех учебных заведений. На ее содержание влияют очень многие факторы, начиная от состава учащихся, их подготовки, и заканчивая учебным планом данного учебного заведения. Более того, программа по физике даже в одном учебном заведении обязательно корректируется на каждый конкретный учебный год, на каждый конкретный подбор групп. 
Поэтому можно только рекомендовать какие-то разделы или темы для их включения в программу. Но составить конкретную программу может только сам учитель. 
В качестве рекомендации можно посоветовать для старшеклассников (10-11 классы) начать подготовку с обзорных лекций по механике, термодинамике, электродинамике и оптике (6-8 лекций). Тогда последующая разработка таких, например, тем, как «Принцип суперпозиции», может быть обобщена сразу и на анализ движения тел в гравитационном поле, и на движение заряженных частиц в различных полях, и на колебательные процессы в различных системах. То же самое можно применить и к теме «Законы динамики», где нужно рассматривать силы самой различной природы: от силы давления до силы Ампера; и к закону сохранения и превращения энергии, как в механических, так и в тепловых, и других сложных системах. 
Разрабатывая программу подготовки к олимпиаде, учтите, пожалуйста, типичные ошибки учащихся, которые практически всегда отмечает жюри при подведении итогов олимпиады: 
- плохое знание формулы центростремительного ускорения и неумение рассчитать радиус кривизны траектории, 
- неумение выбора системы отсчета и наиболее удобной для расчетов системы координат, 
- неумение отличить теплоемкость от удельной и молярной теплоемкости, 
- отсутствие навыков работы с графиками, 
- незнание свойств центра масс системы, что приводит к громоздким и необоснованным, зачастую неправильным подходам к решению даже простых задач, 
- формальное знание газовых законов, отсутствие навыков чтения и составления графиков газовых процессов в различных координатных системах; 
- отсутствие навыков расчета электрических цепей, 
- плохие знания основ молекулярно-кинетической теории строения вещества, неумение рассмотреть явление с точки зрения поведения молекул в данном процессе; 
-неумение определить и описать поведение заряженной частицы в электрическом и магнитном полях; 
- плохие знания законов геометрической оптики и оптических приборов. 
А именно они лежат в основе многих оптических явлений и используются в современных приборах. 
5. Практическая часть программы по физике 
Предлагаемые на олимпиадах задачи часто являются комбинированными, то есть сочетающими в себе законы физики, относящиеся к различным ее разделам. Поэтому рекомендуется при подготовке к олимпиадам рассматривать ситуации, требующие знания различных разделов физики, независимо от того, в каком классе эти разделы изучаются. 
Очень важно познакомить учащихся с общими методами и приемами решения физических задач. При составлении программы по физике необходимо обязательно включить в ее практическую часть выработку у учащихся навыков по основным методам и приемам решения физических задач. К таким методам следует отнести: 
- Рациональный выбор системы отсчета и системы координат 
- Принцип симметрии в задачах по физике 
- Векторный метод 
- Метод размерностей 
- Метод электрических изображений 
- Оценочный метод 
- Графические методы решения задач 
- Дифференциальный метод (разбиение на бесконечно малые элементы) 
- Интегральный метод (суммирование бесконечно малых элементов) 
Методика организации практической работы с одаренными ребятами также отлична от методики работы с классом в целом. Очень большое место должно отводиться самостоятельной работе ребенка с обозначенным кругом обязательных для решения задач. На первых этапах обучения решению задач рекомендуется давать учащемуся и подсказку и ответ. По мере приобретения опыта подсказки отменяются. А затем нужно убирать и ответ. 
Рекомендуется требовать от каждого ребенка решения задачи определенным методом или решения одной и той же задачи различными методами для выработки вариативного подхода к решению задач. Только после достаточно длительной работы по такой методике ограничения в выборе метода решения можно снять. 
Большая часть олимпиадных задач требует решения в общем виде с последующим анализом полученной рабочей формулы. Поэтому рекомендуется больше решать задач не с численными, а с буквенными данными. А если задача содержит численные значения, то вначале необходимо получить рабочую формулу, обязательно проанализировать ее и затем уже делать необходимые вычисления. 
Очень часто встречаются задачи с буквенными данными, которые имеют не единственный ответ. Поэтому необходимо обязательно рассмотреть оба варианта. 
Важной деталью работы над задачей является проверка правильности ее решения. Методов проверки довольно много: это проверка на равенство размерностей, проверка на частные случаи, проверка вариацией данных, проверка на экстремальный случай, проверка на симметричность, проверка повторным решением другим способом, проверка на реальность числового ответа. Всеми методами проверки овладеть довольно трудно. Но два-три из них учащемуся знать просто необходимо. 
Практика работы с одаренными учащимися показывает, что очень эффективен трехэтапный метод: вначале учитель впереди, ученик – за ним. Это означает, что ученик в точности выполняет все указания учителя и именно в таком же варианте. Этот этап может быть довольно коротким для одних учащихся и более длительным – для других. Поэтому и требует он индивидуального подхода к каждому отдельному ребенку. Следующий этап: учитель и ученик – рядом. Это означает, что варианты работы, предложенные учителем, дополняются, изменяются или корректируются самим учеником в зависимости от его творческих возможностей. Чаще всего именно этот этап является самым длительным и продуктивным. Конечным этапом работы с учеником в идеале является метод, когда учитель следует за учеником, помогая в выборе интересующей ученика информации и направляя его занятия. 
Большие трудности у ребят вызывает оформление решения задачи. Очень часто задачи логического типа никак не укладываются в схему записи условия и решения "столбиками”. Форма предложенного решения может быть любой: с раздельной записью анализа решения и вычислительных операций, выполненной "столбиками”, или в свободном логическом изложении. На оценку решения, если оно выполнено логично и правильно, это не влияет. Но объяснение решения в любом случае обязательно. 
При оценке решения задачи жюри обязательно учитывает следующие факторы: 
- схема или рисунок, поясняющий условие задачи или ее решение; 
правильность расстановки действующих сил; 
- правильность использования в предложенной ситуации какого-либо закона физики; 
- правильность составления уравнений (динамических, статических, кинематических или энергетических); 
- получение рабочей формулы; 
- анализ рабочей формулы на предмет соответствия ее данным условия задачи; 
- проверка рабочей формулы по размерности или получение единицы измерения искомой величины; 
- правильность вычислений (если они предполагаются в задаче).