Методика использования качественных задач при изучении физики в средней школе

Решение качественных задач

Тульчинский М. Е. писал: " Решение качественных задач способствует более глубокому усвоению материала, развивает сообразительность, мышление, вызывает интерес к физике". Качественные задачи вызывают больший интерес, если в них предлагается дать объяснение тем или иным явлениям природы или фактам, с которыми школьники сталкиваются в жизни". В процесс

е решения качественных задач прививаются навыки наблюдать и умение различать физические явления в природе, быту, технике, а не только в физических кабинетах. Развивается смекалка, сообразительность, творческая фантазия. Овладение методами решения качественных задач позволит учащимся творчески применить их к решению самых разнообразных задач и самостоятельно расширить сферу собственных знаний. Именно этот фактор способствует развитию интеллектуальной инициативы и творческой активности учащихся. Особенно важным является использование качественных задач в основной школе, где большая часть материала рассматривается на качественном уровне.

Задачи должны быть личностно значимыми, увлекать учащихся, формировать интерес к окружающему нас миру, к жизни. В исследованиях по решению задач встречаются разные представления о структуре задачной подсистемы. Обычно выделяют: "данные и требования", "известные и неизвестные", "условие (данные или данные с требованиями)", "искомое". Но в качественных задачах увеличивается многовариантность подходов к решению, в результате у разных учеников появляются разные пути рассуждений. Поэтому при решении качественных задач повышается роль субъективных процессов понимания условия. При анализе текста задачи у учащихся возникает разное видение ситуации, выстраиваются разные представления. Именно с этими представлениями и работает ученик при решении задачи. Поэтому есть смысл разделить понятия: текст задачи, условие задачи и задачную ситуацию. Условие, как обязательный структурный элемент задачи, выделяют все исследователи теории решения проблем, однако их определения несколько расходятся. Возьмем за основу определение А. Ф. Эсаулова. Он под условием задачи понимает «определенные информационные системы, из которых следует исходить при попытках решения». Под текстом качественной задачи мы будем понимать наличную совокупность объектов (непосредственно текст, а также графики, рисунки и т. п.) несущих информацию об условии. Следует подчеркнуть, что информация, задаваемая текстом задачи, может быть представлена эксплицитно (явно) и имплицитно (неявно), также она может быть избыточной и недостаточной. При этом отнюдь не тривиален вопрос о том, какая именно информация "подразумевается" в формулировке задачи. Это роднит качественные задачи с задачами, решаемыми в реальных жизненных ситуация. При решении такие задачи «поднимают вопросы, связанные с трудностями трех типов: приходится определять, какие факторы могут иметь отношение к рассматриваемой задаче, какие из них действительно имеют к ней отношение и какие из этих последних существенны, а какие нет». Именно поэтому так важен детальный анализ текста задачи: рассматривая смысл каждого слова, мы осознаем условие задачи, т.е. более четко представляем, чем мы можем оперировать при решении и что требуется отыскать. Таким образом, утверждения задачи будем называть данными задачи, а вопрос задачи — требованием.

Мы считаем, что при решении задачи данные и требования образуют единую информационную систему и цель решающего найти связи между ними. При этом возможны два пути движения: от данных к искомому и от искомого к данным. Поэтому можно ввести понятие "пространство качественной задачи", в которое входят исходные положения, искомое, возможные пути решения, ведущие от данных к цели, а также информация и правила, которые накладывают ограничения на выбираемые модели. Введение данного понятия подчеркивает, что при решении задачи не существенно: что дано, а что нужно найти, важно только обнаружить связь между различными элементами пространства задачи. Из выше сказанного видно, что качественные и количественные задачи имеют общие структурные элементы. Однако в расчетных задачах требование связано с нахождением физических величин, поэтому физическая ситуация представлена в более явном виде, детализирована через заданные в условии величины, через указания о связях между явлениями и т. п. Выделение же "данных" и "требований" при решении качественных задач, вызывает часто большие затруднения. Ведь в качественных задачах редко даются значения каких-либо физических величин, вопрос также не всегда содержит прямых указаний на предмет поисков: «Что сделать чтобы .?», «При каких условиях .?» и т. д. Более того, качественные задачи часто состоят только из одного вопроса, а утверждения выступают в неявном виде. Поэтому для вычленения данных и требования обычно требуется переформулировка текста задачи.

Схема решения качественных задач:

чтения условия задачи, выяснения всех терминов в ее условии,

анализ условия задачи, выяснение всех физических явлений, построение схемы или чертежа.

Иллюстрируя методику решения качественных задач, разделим их на две группы.

a) Простые качественные задачи (их называют задачами-вопросами) решение которых обычно основываются на одном физическом законе.

б) Сложные качественные задачи, представляющие как бы совокупность или комбинацию нескольких простых задач. Решая их, приходится строить более сложные цепи умозаключений анализировать несколько физических закономерностей.

Начнем с рассмотрения задач-вопросов:

Почему при проводке телеграфной линии летом нельзя сильно натягивать провода между столбами?

Почему зубные врачи не рекомендуют, есть очень горячую пищу?

Почему нельзя наливать бензин в цистерну до верху?

Во всех трех задачах имеют место тепловое расширение твердых и жидких тел, поэтому построение цепи при решении этих задач опираются на эту тему применяется тепловое расширение тел, заключают, что при нагревании размеры твердых тел, немного увеличиваются, жидкости, как твердые тела, с увеличением температуры расширяются, но значительно сильнее, чем твердые тела. В задачах – вопросах могут использоваться и различные зависимости, выражаемые физическими формулами.

Каким приемом человек может быстро удвоить давление, производимое им на пол?

В начале проводят анализ физической сущности происходящего. Давление зависит от силы давления, F и от площади S. Поэтому, во-первых, давление возрастает в два раза, если в два раза увеличить силу давления. Этого можно достигнуть, взяв в руки дополнительный груз равный весу человека. Но еще можно увеличить давление – уменьшить площадь опоры в два раза. Для этого достаточно встать на одну ногу.

Одно из наиболее важных умений – это умение найти причину какого либо явления. В частности, в учебной деятельности оно необходимо при решении, например, следующих задач.

На одну чашку уравновешенных весов положили железный кубик, а на другую – деревянный шарик. Шарик перетянул. Почему?