Развитие познавательной самостоятельности студентов в процессе изучения олимпиадных задач по физике

v Задачи, требующие почувствовать явление целиком

Есть задачи, в которых речь идет о некотором нестандартном явлении. Часто для решения таких задач требуется в деталях представить себе, что и как при этом происходит, что для задачи существенно, а что — нет. После того, как явление представлено, решение находится довольно быстро. Без этого, при попытке справиться с задачей «пошагово», решени

е становится очень громоздким, непрозрачным, и в нём легко допустить ошибку. Универсального рецепта, как не ошибиться при визуализации таких задач, нет: скорее это приходит само как результат широкого кругозора и прорешивания множества задач.

Пример 5: качественная задача

Что произойдёт с уровнем воды в бассейне, если из плавающей в нём лодки бросить в воду камень? (Эту задачу когда-то предложили знаменитым физикам Г. А. Гамову, Д. Р. Оппенгеймеру и Ф. Блоху, и они ответили не правильно.) Изменится ли уровень воды (и, если да, то в какой момент) в том случае, если лодка с камнем утонет из-за дыр в её днище?

Пример 6: количественная задача

Вдоль наклонной плоскости на одинаковом расстоянии друг от друга расставлены одинаковые кирпичи. Коэффициент трения о поверхность таков, что если кирпич покоился, то он продолжает покоиться, однако если его чуть-чуть сдвинуть или толкнуть, то он начинает съезжать с ускорением a. (Такое вполне возможно, так как трение покоя обычно больше трения скольжения.) В начальный момент времени все кирпичи покоятся. Затем верхний кирпич слегка подталкивают, и он начинает соскальзывать вниз. Спустя некоторое время он сталкивается со вторым кирпичом, они соскальзывают вместе, сталкиваются с третьим, и т. д. Все столкновения абсолютно неупруги. Требуется узнать, каково будет усредненное установившееся ускорение всего «паровоза» движущихся кирпичей спустя большой промежуток времени.

v Задачи, звучащие как передний край науки

Некоторые задачи современной физики удается очистить от ненужной шелухи и сформулировать на школьном уровне. Формулировка таких задач может содержать слова, выходящие за рамки школьного курса, однако метод решения опирается только на школьные навыки. Единственная трудность здесь — не бояться новых терминов, легко включаться в предложенную «нешкольную» физическую систему. Способность составления таких задач также является хорошим критерием уровня физика-преподавателя.

Пример 7:

Согласно некоторым современным теориям, гравитационная постоянная Ньютона может медленно меняться со временем. Известно, что за последние сто лет длительность календарного года изменилась не более, чем на 1 секунду (числа условные). Получить ограничение сверху на скорость изменения гравитационной постоянной G.

Экспериментальная часть моей дипломной работы проводилась в казахско - турецком лицей - интернате для одаренных детей города Костаная, лучшей школе Костанайской области по итогом олимпиад. Эксперимент осуществлялся в процессе подготовки олимпиадников к предстоящим олимпиадам. Всего в эксперименте приняли участие 18 олимпиадников по физике.

С этой целью мы в течение месяца проводили поэтапное тестирование учеников. Сущность поэтапного анализа заключается в том, что при проверке письменных работ и проведении бесед с учащимися фиксируется, каким из требований, предъявляемых к ученику участвующему на олимпиаде, удовлетворяют знаниям каждого из учащихся. Поэтапная экзаменация, проведение коррекционных работ, организация уроков и познавательных бесед в совокупности позволяют дать качественную и количественную характеристику знаний, благодаря этому можно более объективно судить о сравнительной эффективности различных способов развития у учеников познавательной самостоятельности.

Экзаменационная работа проводилась в два этапа. Цель первого этапа экзаменов - определение уровня знаний олимпиадных задач у учеников лицея. На завершающем этапе были подведены итоги эксперимента.

Анализ результатов экзаменов обучающихся позволил рассчитать коэффициент усвоения по методике А.В. Усовой [2],что видно в формуле (7.1).

Кусвоения (7.1)

Было установлено, что коэффициент усвоения материала на первоначальном уровне составил 0,45.

В качестве основного количественного критерия полноты усвоения учениками олимпиадных тем по физике мы выбрали «коэффициент полноты усвоения учениками олимпиадных вопросов по физике», [22], который вычисляется нами по методике, разработанной А. В. Усовой, т.е. по формуле (7.2):

Квгде, (7.2)

p – число вопросов, усвоенных i-тым обучающимся;

l – общее число вопросов;

n – число обучающихся.

Коэффициенты полноты выполнения операций вычисляется по формуле (7.3):

где, (7.3)

q - число операций, выполненных i-тым обучающимся;

m - общее число операций;

n - число обучающихся.

Коэффициент, характеризующий полноту усвоения материала указан в формуле (7.4):

Kм(7.4)

g - количество материала, усваиваемого i-м обучающимся;

f – количество материала, который должен быть усвоен обучающимся на данном этапе;

n - число обучающихся.

Указанные коэффициенты представляют собой «среднеарифметические» показатели качества усвоения материала и обучающимися группами, количественные показатели результативности применяемой методики развития познавательной самостоятельности и успешности деятельности, обучающихся по их усвоению. Эти коэффициенты легко поддаются вычислению при использовании для проверки качества усвоения поэтапного метода анализа контрольных письменных работ учащихся.

Значения коэффициентов Кв, Ки и Км не могут быть более одного. Выполненное нами исследование показало, что значение этих коэффициентов оказываются не очень велики – порядка 0.4-0.5, что свидетельствует о низкой эффективности применяемой методики обучения.

Рассчитанное нами значение коэффициента успешности равно 0.72, что соответствует с методикой А.В. Усовой говорит об эффективности предлагаемой методики. Результаты первоначального и завершающего этапов представлены в таблице 7.1 и таблице 7.2. Также для более сравнительного анализа результатов были нарисованы диаграмма 7.1, диаграмма 7.2 и диаграмма 7.3.

В экзаменационных работах были представлены задачи городских и областных олимпиад. После каждого этапа проводились коррекционные работы, благодаря которым ученики подняли свой уровень знаний. Помимо этого были приглашены старшие товарищи, которые имеют места на республиканских олимпиадах, проводившие беседы и уроки и этим самым повышали уровень знаний учеников и увеличивали их стремление к самостоятельному изучению олимпиадных предметов.

Таблица 7.1

Результаты первоначального этапа