Методика использования качественных задач при изучении физики в средней школе

учащемуся предлагают задачи только одного типа;

решение каждой из них сводится к одной и той же операции (операциям);

эту операцию учащемуся не приходится выбирать среди других, которые возможны в сходных ситуациях;

данные задачи не являются для учащегося непривычными;

он уверен в безошибочности своих действий, то учащийся при решении второй или третьей задачи перестаёт обосновы

вать решение задачи, начинает решать задачи механически, только по аналогии с предшествующими задачами, стремится обойтись без рассуждений. Это приводит к ослаблению развивающей стороны решения задач. Поэтому необходимо учить школьников решению задач разными методами, как стандартными, так и не часто использующимися в школьной практике. Полезно одну и ту же задачу решать разными способами, это приучает школьников видеть в любом физическом явлении разные его стороны, развивает творческое мышление. Разнообразие и важность функций, выполняемых задачей, приводит к тому, что задача занимает в учебном процессе важное место.

Классификация задач

К настоящему времени накоплено огромное количество задач. Все они различны по сложности, содержанию, способам решения. Возникает проблема их классификации. Такая классификация важна для учителя, т. к. она позволила бы ему избежать односторонности в выборе задач и осуществлять этот выбор на основе дидактических целей, которые необходимо достичь в соответствии с определённой учебной ситуации. Единой классификации физических задач не существует. Задачи классифицируются: 1) по содержанию 2) по разделам 3) по основному методу решения 4) по степени сложности 5) по способу выражения условия. Одна и та же задача попадает, таким образом, в несколько различных классов. По содержанию все задачи делятся на абстрактные и конкретные. Абстрактные – это те задачи, в которых нет конкретных числовых значений, и которые решаются в общем виде. Абстрактная задача выявляет более глубоко физическую сущность явлений, не отвлекая учащихся на конкретные несущественные детали. Конкретные задачи легче для учащихся, потому что конкретные числа приближают задачу к уровню развития ребёнка, который не научился ещё абстрагировать. По степени сложности задачи делятся на простые, сложные, задачи повышенной сложности (трудности) и творческие. Простые – с использованием одной формулы. Они носят тренировочный характер и решаются обычно сразу же на закрепление нового материала. Сложные – с использованием нескольких формул. Эти формулы могут быть из разных тем. Повышенной сложности – связывающие в одну проблему несколько разделов. (Часто бывает, что для учеников сложность вызывает не физическая, а математическая составляющая решения задачи). Творческие – алгоритм решения, которых ученику не известен. Это могут быть задачи, по классификации Разумовского, исследовательские или конструкторские. Исследовательская задача отвечает на вопрос «почему?», а конструкторская – на вопрос «как сделать?» По основному способу выражения условия задачи делятся на текстовые, экспериментальные, графические и задачи-рисунки. По способу решения задачи делятся на качественные, вычислительные, графические, экспериментальные. Отличительная особенность качественных задач в том, что их условия акцентируют внимание учащихся на физической сущности рассматриваемых явлений. Решаются они, как правило, устно, путём логических умозаключений. Вычислительные задачи – это задачи, которые могут быть решены только с помощью вычислений и математических действий. Графические и экспериментальные задачи – это задачи, решаемые с помощью графика или с помощью эксперимента.

Понятие о качественной задаче в методике обучения

По характеру и методу решения большинство исследователей подразделяют учебные физические задачи на качественные и количественные. Большинство учителей и методистов относят к качественным задачам такие задачи, которые не содержат числовых значений в условии. Однако характер условия задачи не всегда соответствует характеру ее решения. Некоторые расчетные задачи имеют условие, в котором числовые величины заданы косвенно. Такие задачи решаются по формулам, т.е. являются количественными задачами, но без числовых данных. Вот простой пример: «Во сколько раз изменится подъемная сила воздушного шара, если наполняющий его гелий заменить водородом?». Наоборот, есть задачи с численными данными, решаемые качественными методами: «Парашютист весом 700 Н равномерно опускается. Чему равна сила сопротивления воздуха, действующая на парашютиста?». Этот пример иллюстрирует неточность еще одной формулировки: «Качественными называют задачи, при решении которых устанавливают только качественную зависимость между физическими величинами». Однако решение ряда задач, в которых требуется найти значение некоторой величины, можно осуществить при использовании только качественных методов. Вот еще один пример: «Чему равна равнодействующая всех сил, действующих на автомобиль, равномерно движущийся по горизонтальной дороге?». Для ответа на вопрос не нужно делать каких-либо математических действий, достаточно провести простые рассуждения: автомобиль движется равномерно и прямолинейно, значит, действие на него всех тел скомпенсировано, т.е. равнодействующая всех сил равна нулю.

Одно из первых определений качественных задач дал М. Е. Тульчинский: «Задача, в которой ставится для разрешения одна из проблем, связанная с качественной стороной рассматриваемого физического явления, которая решается путем логических умозаключений, основывающихся на законах физики, построения чертежа или выполнения эксперимента, но без применения математических действий, называется качественной задачей». Б. Мирзоев, подробно проанализировав различные подходы к рассмотрению определения "качественных задач" через "внешние" характеристики задачи (форма условия, метод решения и характер цели), показывает, что наличие или отсутствие числовых данных, а также характер поставленной цели не предопределяет уровень исследования объекта. Б. Мирзоев уточняет, что «необходимым и достаточным условием для качественной задачи является требование отсутствия расчетов в процессе решения, независимо от того, в числах или буквах эти расчеты производятся». В тоже время он отмечает, что и в процессе решения качественных задач иногда требуется делать расчеты, а в некоторых задачах и небольшие формульные выкладки. Поэтому мы будем называть качественной задачей такую задачу, решение которой осуществляется путем построения логической цепочки рассуждений и не требует обязательных математических выкладок и вычислений, а используемые вычисления, не образуют строгую и полную логическую систему формальных выводов. Все формульные преобразования используются только для качественного анализа, а расчеты осуществляются для количественной прикидки.

Однако можно указать на отсутствие четкой границы между качественными и количественными задачами. Некоторые задачи в зависимости от уровня восприятия и мышления учащихся могут решаться и качественными, и количественными методами. Вот такой пример: «В цилиндрическом сосуде, наполненном водой при температуре 0°С, на поверхности плавает кусок льда. Как изменится уровень воды в сосуде, когда лед растает?». Приведем качественное решение. Лед, плавая, вытесняет воду весом равным своему весу. Поэтому вода, образовавшаяся при плавлении льда, имеет такую же массу, как и вода, вытесняемая льдом первоначально, а значит и занимает такой же объем. Соответственно, она "займет" место подводной части льда, и уровень воды не изменится. Но задачу можно решить и количественно. Некоторые исследователи различают качественные задачи и вопросы (задачи-вопросы). Так, М. Е. Тульчинский называл качественным вопросом задачу в одно действие. «Качественный вопрос предполагает ответ, основывающийся на применении одного какого-нибудь физического закона, свойства тела или определения физической величины. Но, по нашему мнению, это определение больше подходит к простым качественным задачам. С точки зрения Б. Мирзоева, главной отличительной особенностью качественных вопросов является то, что в них «не содержится никакой информации, необходимой для формулировки ответа». С этим трудно полностью согласиться, ведь в качественных вопросах также содержится характеристика заданной ситуации, пусть краткая, но достаточная для получения ответа. Однако, «в отличие от качественных задач задачи-вопросы менее развернуты, требуют более конкретного и прямого ответа». Поэтому, на наш взгляд, качественные вопросы в отличие от задач подразумевают знание ответа на вопрос, а не его получение, т.е. имеют репродуктивный характер. Качественные задачи, связанные с конкретными предметами, легко воспринимаются учащимися и те их решают охотнее, чем количественные.