Методика использования качественных задач при изучении физики в средней школе

Если поверхность воды не совсем спокойна, то предметы, лежащие на дне, кажутся колеблющимися. Объясните явление. (Угол, под которым световые лучи от предметов падают на границу вода – воздух, постоянно меняются. Вследствие этого меняется и угол преломления. Поэтому наблюдатель видит предметы в воде колеблющимися.)

Религиозные люди утверждают, что лишь в день пасхи Солнце при восходе «играет

» (диск Солнца колеблется, меняет свою форму и цвет). Как объяснить видимое колебание диска восходящего Солнца? (Весной почва в разных местах нагрета по- разному и воздух над этими местами имеет различную плотность, разный показатель преломления. Воздух вследствие конвекции движется, лучи света проходят через слои воздуха с меняющимся показателем преломления. Это вызывает колебание видимого диска Солнца. «Игра» Солнца наблюдается в любой день, когда возникает температурная, а, следовательно, и оптическая неоднородность воздуха.)

Почему в затемненной комнате струя воды видна, хотя свет из нее не должен бы выходить? Почему видимость струи улучшается, если в воду подмешать зубного порошка? (Течение струи воды турбулентное, вследствие этого в некоторых ее местах луч падает на поверхность под углом, меньшим предельного. Зубной порошок в струе рассеивает свет, поэтому струя видна лучше.)

Почему днем не видно звезд? (Рассеянный солнечный свет значительно ярче света звезд, поэтому звезды не видны.)

Почва, бумага, дерево, песок кажутся более темными, если они смочены. Почему? (У сухого материала поверхность шероховата. Поэтому отраженный свет оказывается рассеянным. Если материал смочить, то шероховатость уменьшится. Кроме того, в тонкой пленке воды свет испытывает многократное полное отражение и поглощается.)

Если смотреть на разноцветную светящуюся рекламу (например, из газоразрядных трубок), то красные буквы всегда кажутся выступающими вперед по отношению к синим или зеленым. Чем это объяснить? (Фокусное расстояние глаза, как и любой линзы, различно для разных длин волн, т.е. для разных цветов спектра. Красные лучи преломляются слабее, потому возникает зрительное впечатление, что красные предметы находятся ближе к наблюдателю, чем синие.)

Почему, глядя на ряд фонарей, расположенных вдоль длинной улицы, мы видим их одинаково яркими, хотя расстояния от глаза до фонарей неодинаковы?

Почему, если рассматривать тот же ряд фонарей в тумане, яркость их будет казаться постепенно уменьшающейся? (Видимая яркость фонаря равна освещенности изображения на сетчатке глаза, к площади изображения на сетчатке. При увеличении расстояния до источника света уменьшается световой поток, попадающий в глаз, но одновременно также уменьшается и площадь изображения на сетчатке. Отношении этих двух величин остается постоянным, если можно пренебречь потерей световой энергии вследствие поглощения и рассеяния света при распространении в воздухе. В тумане видимая яркость изображения падает по мере удаления источника света, поскольку становятся заметными поглощение и рассеяние энергии.)

Вилка освещается пламенем свечи и дает тень на стене. При вертикальном положении тень отчетливо воспроизводит форму ее зубцов, а при горизонтальном положении вилки тень размыта и зубцов почти не видно. Почему? (Причина в том, что источник света (пламя свечи) вытянут в вертикальном направлении. Когда вилка расположена вертикально, то для каждого из зубцов граница света и тени на экране от всех частей источника расположена примерно в одних и тех же местах и поэтому получается отчетливая тень зубцов. Когда же вилка расположена горизонтально, то граница света и тени от одной части источника для денного зубца будет сдвинута на экране относительно границы света и тени, создаваемой другой частью источника от того же зубца, а потому вся тень вилки будет размыта.)

Необходимость применения качественных задач

Задачники представляют физику либо как абстрактную науку, либо как чисто техническую, не связанную с живой природой, биологией, анатомией, медициной, жизнью человека. Поэтому для многих учеников она не интересна. Нужно стремиться сообщать ученику не только новые знания, но и помогать ему глубже и лучше познать то, что он уже знает, то есть сделать "живыми" уже имеющиеся у него основные научные сведения, научить сознательно ими распоряжаться, пробудить желание применить их. Успех обучения выражается в сформированности способности мыслить, а мыслить человек начинает тогда, когда у него возникает потребность что-либо понять. Один из способов дать толчок к активной мыслительной деятельности ребят - предложить им интересные учебные задачи. А интерес проявляется тогда, когда задача затрагивает реальный мир, жизненные ситуации, встречающиеся каждому человеку. Ланина И. Я. указывает на то, что, на начальном этапе обучения решению задач необходимо использовать задачи с занимательными сюжетами с целью удовлетворения таких потребностей личности, как стремление к романтике, необычности, расширению сферы интересов, не связанных с учебным предметом. Но и в старших классах, продолжает автор, подобные задачи тоже нужны ввиду того, что подросткам 9-11 классов характерно глубоко личностное отношение к предмету. В этом возрасте важно, чтобы задачи были внутренне приняты учащимися. Учет личных интересов учащихся необходим для того, чтобы создать условия для самоутверждения личности ученика, проявления и раскрытия способностей, в наиболее интересующей его области, но, как верно указывает И. Я. Ланина вследствие" экономии" места " хорошие " задачи представлены " сухим языком", без надлежащего введения, которое бы захватывало, интриговало и привлекало внимание учащегося. Володарский В. Е., рассматривая проблему постановки задачи, указывает на " внешнюю занимательность" и " внутреннюю занимательность" задач. Смысл этих терминов в том, что задача интересна, может быть своим содержанием несущим новое, весьма полезное и красивое, с точки зрения ученика знание, или имеющих внешнюю форму, вызывающую интерес ввиду необычности способа предъявления, то есть занимательные задачи (задачи- рассказы, задачи- парадоксы, задачи- фокусы). Для формирования познавательного интереса необходимо средство обучения в виде сборника качественных задач. Задачи, в содержании которых, рассматриваются физические явления в природе, быту, производстве. Ситуации, которые учащиеся наблюдали или могли наблюдать, вопросы, ответ на которые интересует большинство учащихся. При таком условии эффективность формирования познавательного интереса возрастет, так как облегчит учителю поиск таких задач, и высвободит время для творческого планирования урока.

Проблемы связанные с качественными задачами

Проблеме использования непосредственно качественных задач и методике их решения уделяется очень мало внимания. Недостаточно разработаны и не нашли должного отражения в методической литературе вопросы о приемах постановки качественных задач, их подборе, системном использовании и рациональных методах решения. В то же время с появлением уровневой дифференциации, курсов по выбору, профильных школ и классов остро встал вопрос о методическом обеспечении и, в частности, о методике использования качественных задач при углубленном изучении. А для современных учителей, как и десятки лет назад, организация работы по решению качественных задач с учащимися является одним из наиболее трудных звеньев в преподавании физики. Современная практика показывает, что и у школьников, и у учителей при решении качественных задач возникает много затруднений. Тому существует несколько причин: отсутствие должного внимания к качественным задачам со стороны учителей, недооценка их роли и места в преподавании физики; упрощенные представления о самих качественных задачах (устные значит простые); отсутствие методик по их решению и использованию в учебном процессе; отсутствие хороших задачников и подробных образцов действий по решению качественных задач. Отсутствие теории решения и использования качественных задач указывает как на трудность этой проблемы, так и на недостаточное внимание к ней со стороны исследователей. Но не стоит забывать, что качественные задачи занимают важное место и в физической науке и в системе современного физического образования, в том числе для развития и воспитания личности.