Применение практико-ориентированных задач по физике

ПРИМЕНЕНИЕ ПРАКТИКО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ ЗАДАЧ ПО ФИЗИКЕ

Аннотация: В статье представлена роль практико-ориентированного обучения, использование практико-ориентированного обучения готовит учащихся к решению задач, возникающих в практической деятельности человека, и формирует у них готовность к применению знаний и умений в процессе своей жизнедеятельности.

Цели образования в российской школе законодательно утверждены Законом РФ “Об образовании”, где говорится, что образование должно быть ориентировано на обеспечение самоопределения личности, создание условий для её самореализации, на развитие гражданского общества, укрепление и совершенствование правового государства.

В соответствии с законом нужно обеспечивать в частности:

• формирование у обучаемого адекватной современному уровню знаний картины мира;

• формирование человека-гражданина, интегрированного в современное ему общество и нацеленного на совершенствование этого общества.

Преподавание физики в современной школе, с одной стороны, должно давать твердые основы знаний, которые можно использовать в жизни. В этом смысле учебный курс нужно построить на практическом материале.

Уже на первом уроке физики в 7 классе показываю учащимся неразрывную связь физики с жизнью. Говорю о том, что физика, ее явления и законы действуют в мире живой и неживой природы, что имеет весьма важное значение для жизни и деятельности человеческого организма и создания естественных оптимальных условий существования человека на Земле. Привожу примеры неразрывной связи физики и техники: физика дала технике автомобили, тепловозы, кино, телевидение. В свою очередь техника позволила заглянуть в космос и начать его освоение. Ярким примером воплощения в жизнь достижений физической науки является создание современных транспортных средств, таких, как самолеты, автомобили, морские и речные судна, космические ракеты; средства связи с применением спутников Земли; лазерные технологии в промышленности и медицине. На последующих уроках я прошу ребят объяснять опыты, факты, явления из жизни “научно, грамотно, с точки зрения физики”. Это вначале вызывает некоторые затруднения у учеников, потому что им привычнее: “это так, потому что я это вижу”. Постепенно они понимают, что все, происходящее вокруг, объясняет физика. Здесь место удивлению: сколько в повседневной жизни интересной физики!

Считаю, что на первой ступени изучения физики определяющую роль играют демонстрационный эксперимент, самостоятельное выполнение опытов, понимание физических явлений, наблюдаемых в повседневной жизни, и умение их объяснить; уделяется большое внимание практическому эксперименту, через который познаются законы физики.

Ученик, хочет он этого или нет, задумается: как проще провести опыт, где встречался он с подобным явлением на практике, где еще может быть полезно данное явление. Большое значение имеют домашние наблюдения и эксперимент: придумайте способ измерения высоты дерева; исследуйте знак заряда наэлектризованных тел и др.

В старших классах учащиеся явно ощущают потребность в систематизации представления о мире. По моему мнению, одной из важнейших педагогических задач учителя в процессе преподавания физики в профильных классах является раскрытие его творческого потенциала, гармонизация видения мира с точки физики. При изучении физики на профильном уровне я использую в каждой теме дополнительный материал из истории этой науки или примеры практических применений изученных законов и явлений. Например, при изучении закона сохранения импульса уместно ознакомить ребят с историей развития идеи космических полётов, с этапами освоения космического пространства и современными достижениями. Изучение разделов по оптике и физике атома завершаю знакомством с принципом действия лазера и различными применениями лазерного излучения, включая голографию.

Особого внимания заслуживают вопросы энергетики, включая ядерную, а также проблемы безопасности и экологии, связанные с её развитием. В разделе "Механика" раскрываются вопросы механизации производства; в разделах "Электродинамика" и "Квантовая физика" — вопросы электроэнергетики, электрификации, некоторые вопросы электронно-вычислительной техники, при изучении молекулярно-кинетической теории рассматривается создание материалов с заданными техническими свойствами. Во всех разделах курса изучаются различные устройства автоматизации — датчики, реле, усилители, преобразователи, исполнительные механизмы.

Практика показывает, что школьники с интересом решают и воспринимают задачи практического содержания. Учащиеся с увлечением наблюдают, как из практической задачи возникает теоретическая, и как чисто теоретической задаче можно придать практическую форму. К прикладной задаче следует предъявлять следующие требования:

• в содержании практико-ориентированных задач должны отражаться математические и нематематические проблемы и их взаимная связь;

• задачи должны соответствовать программе курса, вводиться в процесс обучения как необходимый компонент, служить достижению цели обучения;

• вводимые в задачу понятия, термины должны быть доступными для учащихся, содержание и требование задачи должны «сближаться с реальной действительностью»;

• способы и методы решения задачи должны быть приближены к практическим приемам и методам;

• прикладная часть задачи не должна покрывать ее математическую сущность.

Практико-ориентированные задачи могут быть использованы с разной дидактической целью, они могут заинтересовать или мотивировать, развивать умственную деятельность, объяснять соотношение между математикой и другими дисциплинами.

Виды практико-ориентированных заданий:

- Аналитические (определение и анализ цели, выбор и анализ условий и способов решения, средств достижения цели);

- Организационно-подготовительные (планирование и организация практико-ориентированной работы индивидуальной, групповой или коллективной по созданию объектов, анализ и исследование свойств объектов труда, формирование понятий и установление связей между ними);

- Оценочно-коррекционные (формирование действий оценки и коррекции процесса и результатов деятельности, поиск способов совершенствования, анализ деятельности).

Часто у школьников возникает мысль, будто бы задачи бывают прикладные, т.е. нужные в жизни, и не практические, которые в жизни не понадобятся. Для устранения таких ошибок целесообразно использовать любую возможность показа того, что абстрактная задача может быть связана с прикладными.

Например: «Двор имеет форму треугольника. Где нужно вкопать столб для подвески светильника, чтобы наилучшим способом осветить ближайшие к столбу точки сторон треугольника?» или «Лесная поляна имеет форму треугольника. В какой ее точке безопаснее развести костер?»

В настоящее время для человека чрезвычайно важно не столько энциклопедическая грамотность, сколько способность применять обобщённые знания и умения для разрешения конкретных ситуаций и проблем, возникающих в реальной действительности. Формировать способность разрешения проблем помогают специальным образом подобранные задачи – практико-ориентированные.

Алгоритм составления практико-ориентированных задач:

1)  Определить цель задачи, её место на уроке, в теме, в курсе.

2)  Определить направленность задачи.

3)  Определить виды информации для составления задачи.

4)  Определить степень самостоятельности учащихся в получении и обработке информации.

5)  Выбрать структуру задачи.

6)  Определить форму ответа на вопрос задачи (однозначный, многовариантный, нестандартный, отсутствие ответа, ответ в виде графика).

Физические задачи классифицируются по содержанию, целевому назначению, глубине исследования вопроса, способам решения, способам задания условия задачи, по степени сложности и т.п.

По содержанию физические задачи делят в зависимости от физического материала, в них рассматриваемого: на задачи по механике, задачи по молекулярной физике, задачи по электродинамике и задачи по квантовой физике. Однако есть задачи, в которых используются сведения из нескольких разделов курса физики, их называют комбинированными или комплексными.

По содержанию различают также задачи абстрактные и конкретные. В абстрактных задачах данные величины приведены в общем виде без указания их конкретного значения. Например: «Тело массой м под действием силы Р движется в течение времени Т. Какой путь пройдет тело за это время, если его начальная скорость равна О?» В задачах с конкретным содержанием приведены значения физических величин.

В зависимости от содержания задачи могут быть политехническими, историческими, содержащими сведения исторического характера, относящиеся к физике, занимательными.

Так как в последнее время все больше внимания уделяется общекультурному компоненту физики, то составляются задачи, условие которых отражает элементы физики в культуре, искусстве, архитектуре, поэзии и др.

Существующие задачники по физике содержат задачи всех указанных выше типов, кроме того, имеются и специальные задачники, посвященные, например, занимательным задачам, политехническим и др.

По степени сложности, или характеру умственной деятельности, физические задачи делят на простые и сложные. Сложность задачи оценивается по числу операций, которые необходимо выполнить при ее решении. Простые задачи требуют применения для своего решения изученных формул, знания единиц физических величин и сводятся к простейшим вычислениям в одно действие. Учителя физики часто называют такие задачи тренировочными и применяют их непосредственно на уроке для закрепления изученного материала. Деятельность учащихся в этом случае носит репродуктивный характер. Сложные задачи - это задачи, решение которых предполагает выполнение нескольких действий. К сложным относятся комбинированные задачи, решение которых требует применения знаний из разных разделов курса физики. В этом случае выполняется продуктивная деятельность и у учащихся формируется продуктивное мышление.

Особый класс задач составляют творческие задачи, при решении которых у учащихся формируются умения самого высокого уровня. В творческих задачах обычно формулируются требования, но отсутствуют прямые и косвенные указания на то, какие законы следует применять для их решения.

Творческие задачи могут быть исследовательскими, при решении которых получается ответ на вопрос «Почему?», и конструкторскими, решение которых дает ответ на вопрос «Как сделать?». К этой же категории задач относятся и так называемые олимпиадные задачи.

В зависимости от способа выражения условия выделяют текстовые, экспериментальные, графические задачи и задачи-рисунки. По основному способу решения задач целесообразно выделить качественные (задачи-вопросы), вычислительные, графические и экспериментальные задачи. Качественные задачи предполагают, что при их решении не выполняются вычисления, анализ заданной ситуации осуществляется на качественном уровне. При решении вычислительных задач выполняются вычисления; при решении экспериментальных задач применяют физический эксперимент; при решении графических задач используют графики.

Задачи

На конвейерной ленте цеха сборки автомобилей ваз установлена модель Аэросани-амфибия "АС-2", приводимая в движение, как обычно, воздушным винтом толкающего типа. Какова будет скорость модели относительно Земли, если конвейер и сани одновременно придут в движение в противоположных направлениях, то есть будут ли сани оставаться на одном месте или пойдут в какую-либо сторону?

Предположим, что в меридиональном направлении построена идущая строго горизонтально дорога (например, магнитная). Поскольку Земля сплюснута с полюсов, ее экваториальный радиус примерно на 21 км превышает полярный. Значит, при перемещении с юга на север от экватора путешественник будет на этой дороге приближаться к центру Земли на 2,1 м после каждого километра пройденного пути. Следовательно, при достаточно малом коэффициенте трения, не превышающем 0,0021, автомобиль на такой дороге покатился бы с юга на север с выключенным мотором. Можно ли воспользоваться силой тяжести в роли дарового двигателя?

Мобильный телефон функционирует в сети GSM-900, но, попадая в зону GSM-1800, переключается -- вручную или автоматически. Определите изменение длины волны, периода колебаний.

На весах стоит стакан с водой. Весы находятся в равновесии. Как изменится равновесие весов при опускании эбонитовой палочки, закрепленной в лапке штатива, в стакан так, чтобы она не касалась дна и стенок. (Ответ объясните).

Углерод, являющийся одной из основных составляющих биологических организмов, присутствует в земной атмосфере в виде стабильных изотопов 12C (98,89 %) и 13C (1,11 %) и радиоактивного 14C, который присутствует в следовых количествах (около %). Из 10 грамм углерода, полученных из останков кого-то, при помощи счетчика фиксировали 10 распадов в минуту. Считая, что в начальный момент времени в этих граммах было % углерода 14С определить возраст останков. Радиоизотоп углерода 14C подвержен в-распаду с периодом полураспада = 5730±40 лет:

Минимальное расстояние от Марса до Земли составляет 55,76 млн. км. (когда Земля находится точно между Солнцем и Марсом). Корабль будет поддерживать скорость 11.2 км/с относительно Земли при этом будет вращаться вокруг Солнца со скоростью 30 км/с. Определите перемещение корабля и время полета до орбиты Марса.

Лазерная указка излучает свет, длина которого 617 Нм. Какова разность энергетических уровней перехода электрона?

Скорость GPRS-Internet 56 кб/с. Насколько изменится скорость интернета при движении автомобиля со скоростью 80 км/ч? Ответ обоснуйте.

Методика использования практико-ориентированных задач на уроках физики

При изучении нового материала применяют текстовые, качественные, простые.

Закрепляя и развивая знания используют экспериментальные, текстовые, комбинированные

В формировании умений и навыков графические, экспериментальные.

На уроке повторения текстовые, качественные, задачи рисунки.

Применять знания умения и навыки все типы задач.

При проверке знаний вычислительные, простые и сложные.

Основной целью практико-ориентированного обучения является подготовка учащихся к решению задач, возникающих в практической деятельности человека, и формирование у них готовности к применению знаний и умений в процессе своей жизнедеятельности.

Для эффективной реализации подхода практико-ориентированного обучения физике большими возможностями обладают задачи с практическим содержанием.

Обучение с использованием практико-ориентированных заданий приводит к более прочному усвоению информации, так как возникают ассоциации с конкретными действиями и событиями. Особенность этих заданий (необычная формулировка, связь с жизнью, межпредметные связи) вызывают повышенный интерес учащихся, способствуют развитию любознательности, творческой активности. Школьников захватывает сам процесс поиска путей решения задач. Они получают возможность развивать логическое и ассоциативное мышление.

Наполнение учебных материалов, задачами, приближенными к жизни требует, с одной стороны, содержательной разработки таких задач, с другой создание специальных методик работы с ними.

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ. ДИФФУЗИЯ

1.В людях. Максим Горький «Я уже не спал, наблюдая, как сквозь щели дровяника пробиваются ко мне на постель лучи солнца, а в них пляшет какая-то серебряная пыль – эти пылинки, точно слова в сказке». Поясните текст (о каком движении идёт здесь речь)?

2.Драма на охоте. Антон Павлович Чехов. «…От окна до моей кровати шёл широкий солнечный луч, в котором, гоняясь одна за другой и, волнуясь, летали белые пылинки, отчего и сам луч казался подёрнутым матовой белизной». Поясните текст (о каком движении идёт здесь речь)?

3. Изделия из натуральных тканей (хлопка, шерсти, шёлка) имеющих пёструю расцветку следует стирать в воде, температура которой не превышает 30°C. Объясните почему. Рассмотрите значки на этикетках от кофт, пиджаков, брюк поясните их. Почему не следует замачивать и стирать вместе цветное и белое бельё?

4. В полистироловой фляге длительное время хранился керосин. Если в эту, даже очень тщательно вымытую флягу налить молоко, то в нём мы всё же будем чувствовать запах керосина. Объясните почему?

5. В старинной книге перед страницами с рисунками подклеены листы тонкой прозрачной бумаги. Почему на сторонах этой бумаги, соприкасающихся с рисунками, со временем появились отпечатки рисунка?

АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ

1.Мысли и афоризмы. Козьма Прутков
«Барометр в земледельческом хозяйстве может быть с большей выгодою заменён усердной прислугою, страдающей нарочитыми ревматизмами».
Поясните афоризм.

2.Конь Рыжий: Сказания о людях тайги. Алексей Тимофеевич Черкасов, Полина Дмитриевна Москвитина
«…Кроме книг Василий Кириллович собрал знатную коллекцию ртутных и механических барометров, которыми завешал всю свою просторную спальню. Погоду же он предугадывал не по ста барометрам, а по собственному ревматизму…» Прокомментируйте этот отрывок.

3.Сосуд «наказанное любопытство» устроен так: в дне сосуда проделаны узкие отверстия. Если сосуд наполнить водой и закрыть пробкой, вода из сосуда не выливается. Если открыть пробку, то вода потечёт из всех отверстий. Объясните почему.

4. Ознакомьтесь с устройством маслёнки, применяемой для смазывания швейных машин, и объясните её действие.

5. Почему при быстром спуске самолёта (в автобусе при движении по горной автостраде) у пассажиров закладывает уши? Что рекомендуется делать, чтобы избежать этих неприятных ощущений?

6.Какую роль при питье играет атмосферное давление? Наливаем в стакан минеральной воды, делаем несколько глотков и объясняем то, что ощущаем… с точки зрения физики :-)

7. Почему рекомендуется открывать рот во время выстрела артиллерийского орудия?

8. Почему трудно пить из опрокинутой бутылки или фляги, когда её горлышко плотно охвачено губами? Поведите эксперимент.

СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ. АРХИМЕДОВА СИЛА

1. Интересная поговорка: «Как с гуся вода». Как можно её прокомментировать с точки зрения физики?

2. Мишкина каша. Николай Николаевич Носов

«…Мишка взял бутылку с подсолнечным маслом. Налил масло на сковородку и сунул в печь прямо на горячие угли, чтоб поскорей зажарились. Масло зашипело и вдруг вспыхнуло на сковородке пламенем. Мишка вытащил сковородку из печки, – масло на ней пылает. Я хотел водой залить, а воды у нас в доме ни капли нет. Так оно и горело, пока всё масло не выгорело. В комнате дым и смрад, а от пескарей одни угольки остались».

Правильно ли было тушить горящее масло водой, и как правильно нужно было тушить?

1. «…Живущие в быстрых горных ручьях личинки подёнок плоские снизу, выпуклые сверху. Прилепятся плотно ко дну или камням, и омывающая их вода по известным в гидродинамике законам прижимает личинку ко дну или камню, и не сносит». О каких законах гидродинамики идёт здесь речь? Поясните.

2. Кара-Бугаз. Константин Георгиевич Паустовский

«…Наш кок отпросился искупаться, но залив его не принял. Он высоко выкидывал ноги, и при всём тщании кок погрузиться в воду не смог. Это повеселило команду и улучшило её дурное расположение. Кок к вечеру покрылся язвами и утверждал, что вода залива являет собой разбавленную царскую водку, иначе серную кислоту».

Почему кок не смог погрузиться в воду залива Кара-Богаз-Гол?

1. На поверхности воды в ведре плавает пустая медная кружка. Изменится ли уровень воды в ведре, если кружку утопить?

2. Опыт «Водяной подсвечник». Возьмите стеариновую свечу. На нижнем конце закрепите небольшой грузик и опустите в стеклянный сосуд с водой. Свеча должна плавать, как поплавок. Верхний конец с фитилём чуть выступают над водой. Как долго будет гореть свеча? Наблюдайте за горением свечи. Она догорит почти до конца. Как объяснить это явление?

ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ

1. Что произойдёт с пустыней Намиб, если температура воды Бенгельского течения резко повысится?

2. Долина Смерти – самое низкое место на океанском континенте и самое жаркое место в мире. Здесь температура может держаться около 50°C в течение нескольких дней. Казалось бы, что в долине должно быть прохладно, поскольку её окружают горы, где воздух холодный, и, как известно он опускается вниз, а горячий воздух поднимается вверх. В действительности же всё наоборот. Объясните данное явление.

3. Повесть о настоящем человеке. Борис Николаевич Полевой

4. «…Из припудренной утренним инеем хвои высунулась длинная бурая морда, увенчанная тяжёлыми ветвистыми рогами. Испуганные глаза осмотрели огромную поляну. Розовые замшевые ноздри, извергавшие горячий парок встревоженного дыхания, судорожно задвигались». Прокомментируйте этот отрывок с точки зрения физики. Какое несоответствие допущено в тексте.

5. Валдайские колокольца. Марк Симович Ефетов «…Дверь была не заперта. Мы вошли, напустив с собой клубы белого морозного пара, отчего окошки в избе сразу помутнели, будто их затянуло туманом». Прокомментируйте этот отрывок.

6. Боярин Орша. Михаил Юрьевич Лермонтов

«…Светает. В поле тишина.

Густой туман, как пелена

С посеребрённою каймой,

Клубится над Днепром-рекой…»

Почему над рекой образуется туман? Почему туман над рекой имеет «посеребрённую кайму»?