Иванова О.М.
Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики и химии, Военный учебный научный центр Военно-воздушных сил
«Военно-воздушная орденов Ленина и Октябрьской Революции дважды Краснознаменная ордена Кутузова академия им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина»
КАЧЕСТВЕННЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ КАК СРЕДСТВО ОБУЧЕНИЯ ФИЗИКЕ
Аннотация
Рассматривается применение качественных задач для повышения качества обучения физике.
Ключевые слова: физика, графический метод, практическая работа обучающихся.
Keywords: physics, graphical method, practical work of students.
Дисциплина «Физика» является научной основой различных видов техники и вооружений. Основная цель обучения физике это подготовка обучающихся в области физики, обеспечивающей им успешное освоение общепрофессиональных и специальных дисциплин и позволяющей самостоятельно совершенствоваться в дальнейшей профессиональной деятельности. Она достигается применением различных методов и средств обучения, систематическим развитием способностей обучающихся к самостоятельному аналитическому и логическому мышлению при решении физических задач.
Применяемые преподавателем и обучающимся средства обучения представляют собой материальные или идеальные объекты, классифицируемые по разнообразным признакам: свойствам, субъектам деятельности, воздействию на качество обучения, формированию способностей обучающихся, результативности их использования в учебном процессе.
Идеальные средства обучения (ИСО) – это усвоенные ранее знания, умения, которые используются для усвоения новых знаний: письмо, речь, схемы, условные обозначения, чертежи, диаграммы [1, 103] и прочее. Они выступают в качестве носителей учебной информации и способствуют активизации мыслительной деятельности обучающихся, формируя у них образы физических явлений и процессов при решении физических задач.
Решение физических задач является необходимой практической основой применения законов физики, т.к. оно способствует привлечению обучающихся к самостоятельной мыслительной творческой работе, учит анализировать изучаемые явления, выделять главные причины конкретного физического явления, отвлекаясь от случайных подробностей, позволяет осуществить переход мыслительной деятельности обучающегося от конкретного к абстрактному. В результате происходит усвоение теоретического учебного материала.
Данный процесс требует применения принципов активности и сознательности обучения, прочности обучения, принципа наглядности.
Применение этих принципов проходит ряд этапов:
- анализ содержания ИСО и выделение главного;
- создание тенденции в познании обучающегося к переходу мыслительной деятельности от абстрактного представления физического процесса с помощью ИСО к реальному;
- объединение формируемых абстрактных физических моделей с практическим самостоятельным решением учебной физической задачи.
Физические задачи классифицируются по ряду признаков: содержанию (определенный раздел физики, абстрактное или конкретное политехническое содержание), назначению (средство закрепления или проверки изученного материала), глубине исследования вопроса (один или несколько разделов физики, наличие межпредметных связей), способам решения (устный, экспериментальный, вычислительный, графический), степени трудности (легкая, средняя, трудная, олимпиадная), характеру и методам исследований вопросов (качественная, расчетная).
Качественными называются задачи, при решении которых устанавливают только качественную зависимость между физическими величинами [2, 24]. К ним относятся графические задачи.
Согласно [3, 141] качественные графические задачи классифицируются по: 1) дидактическим целям: проблемная, контрольная, тренировочная; 2) содержанию: модельная, физико-техническая, экспериментальная; 3) характеру деятельности обучающегося: алгоритмическая, поисковая, исследовательская; 4) использованию математического аппарата: качественная, расчетная.
В физике объектом исследования графических задач являются графики функции одной физической величины от другой. В них понятие функции применяется для исследования и описания физических закономерностей величин, теоретического и эмпирического исследования процессов и явлений, решения практических задач графическим методом. График функции – это геометрическое место точек плоскости, абсциссы и ординаты которой связаны функцией, определяемой конкретной физической закономерностью. В одних случаях эти графики заданы условием задачи, а в других их надо построить.
Качественная сторона принципа наглядности проявляется в формировании у обучаемого тенденции к представлению реальной физической закономерности с помощью графических задач и позволяет представить физические явление, которые отражены в изучаемом учебном материале.
Применение качественных задач, решаемых графическим методом, при обучении физике предполагает реализацию межпредметных связей с курсом математики, электротехники, электроники и является необходимым условием осознанного усвоения учебного материала обучающимися специальных дисциплин, формирования понимания физических закономерностей.
Основная роль графического метода при обучении физике сводится к иллюстрации физических явлений и законов. Графический метод эффективно применяется при обработке результатов эксперимента физического практикума, решении задач с помощью векторов, схем, графиков, диаграмм, эпюр и номограмм. Он используется при работе обучающегося с мелом у доски, записях и схемах в тетрадях, построении графических зависимостей, решении практических физических задач, оформлении докладов и рефератов, создании презентаций, изготовлении плакатов, макетов, действующих физических моделей.
Рассмотрим использование качественных графических задач на практическом занятии и лабораторной работе.
Практические занятия проводятся в целях выработки практических умений в анализе физических процессов и явлений, приобретения навыков в решении задач разного уровня сложности. Приведем несколько примеров.
На уровне «знать», «уметь» задачи концептуально включают в себя основной теоретический материал по теме практического занятия:
- нахождение физических величин, представленных на координатной плоскости. Например, определение работы выхода электрона из металла;
- переход от графической формы описания к аналитической. Например, написание закона Ома для амплитудных значений по векторной диаграмме последовательного колебательного контура;
- установление характера изменения физической величины, не представленной на данной координатной плоскости. Например, по графику свободных незатухающих колебаний заряда на обкладках конденсатора колебательного контура найти зависимость напряжения на обкладках конденсатора.
На уровне «владеть» задачи концептуально включают в себя основной теоретический материал по теме практического занятия и требуют применения научного анализа:
1) нахождение физических величин, не представленных на координатной плоскости. Например, определение начальной кинетической энергии вылета фотоэлектрона из металла по виду функции W();
2) определение характера изменения физической величины, не представленной в данной системе координат. Например, по графику зависимости свободных затухающих колебаний напряжения на обкладках конденсатора колебательного контура определить моменты времени, в которые энергия магнитного и электрического полей максимальна.
Другим видом аудиторных занятий являются лабораторные работы, которые проводятся в целях практического освоения курсантами научно-теоретических положений тем. На них решаются задачи разного уровня сложности.
На уровне «знать», «уметь» задачи концептуально включают в себя основной теоретический материал по теме лабораторной работы:
1) построение функциональной зависимости физических величин на координатной плоскости по экспериментальным данным. Например, график зависимости дальности полета тела, брошенного под углом к горизонту, от угла бросания для экспериментальных значений S() без учета сопротивления среды в работе «Изучение движения тела в гравитационном поле Земли»;
2) аналитическое решение с последующим построением графика функции одной физической величины от другой. Например, график зависимости углового ускорения от момента внешних силf(M) в работе «Изучение вращательного движения абсолютно твердого тела»;
3) определение параметров физических величин по графическим зависимостям. Например, определение напряжения по векторной диаграмме последовательного колебательного контура
4) определение характера изменения физической величины, не представленной на данной координатной плоскости. Например, нахождение добротности колебательного контура по резонансным кривым в работе «Изучение электромагнитных колебаний.
На уровне «владеть» задачи требуют применения научного анализа:
1) построение на координатной плоскости функциональной зависимости одной физической величины от другой. Например, построение эквипотенциальных поверхностей в работе
«Моделирование электростатических полей»;
2) установление неизвестной физической величины по тангенсу угла наклона касательной к графику функции в данной точке. Например, определение ширины запрещенной зоны полупроводника в работе «Изучение электропроводности металлов и полупроводников»;
3) определение физических величин, не представленных в данной системе координат. Например, определение модуля напряженности электростатического поля в данной точке пространства в работе «Моделирование электростатических полей»;
4) анализ причины различия между экспериментальными данными и табличными значениями физических величин. Например, определение удельного заряда в работе «Изучение электромагнитных явлений».
Таким образом, овладение обучающимися абстрактными формами мышления приводит только к механическому запоминанию, а не сознательному усвоению знаний. В то время, как применение качественных графических физических задач направлено на формирование приемов обобщения и конкретизации на основе имеющихся знаний, гарантируя успешность изучения учебного материала, необходимого для освоения специальных дисциплин.
Литература
- Выгодский, Л. С., Собрание сочинений в 6-ти томах. Т.1 Вопросы теории и истории психологии / Л. С. Выгодский. — М.: Педагогика, 1982. — 488 с.
- Каменецкий, С., Орехов, В. Методика решения задач по физике в средней школе / С. Каменецкий, В. Орехов. — М.: Просвещение, 1987. ˗ 336 с.
- Бутырский, Г.А. Классификация графических задач по физике и проблемы обучения их решению /Г.А. Бутырский // Вестник Вятского государственного гуманитарного университета. 2010. — Т. 3. — С. 141-146.