«Использование ключевых учебных ситуаций при обучении решению задач по физике»
статья по физике на тему

                                                                               Учитель физики Дегтярева С.В.

                                                                         МКОУ « Ванаварская средняя

                                                                         общеобразовательная школа»

                                                                              Эвенкийского муниципального    

                                                                                 района Красноярского края

«Использование ключевых учебных ситуаций при обучении решению задач по физике»

       С методом использования  ключевых учебных ситуаций (КлУС)  при обучении физики, я впервые познакомилась, обучаясь  на  дистанционных курсах педагогического университета  «Первое сентября». Меня привлекло к данным курсам их название «Как научить решать задачи по физике основная школа. Подготовка к ГИА.» и то, что руководителями курсов были разработчики КиМ по физике, авторы учебников и тестовых заданий по физике - Л.Э.Гендельштейн, В.А.Орлов, Г.Г.Никифоров.

       Для меня, как и любого учителя физики, понятно, что  решение задач - это слабое звено в обучении физики. Для большинства учеников это настолько трудно, что они и не пытаются освоить этот элемент физического образования. В прежние годы, когда экзамены, проводились в устной форме, можно было сдать экзамен в устной форме, просто вызубрив билеты. Но после введение ЕГЭ и ГИА стало понятно, что сдать экзамены невозможно, не научившись решать задачи. Ведь данные испытания проверяют именно способность обучающихся применять полученные знания.

     Определим основные причины, по которым обучающиеся не могут справиться с задачами:

• непонимание смысла законов;
• учащиеся не могут идеализировать ситуацию, описанную в задаче;
• ученики не запоминают формулы и обозначения физических величин;
• ученики не распознают в формулах уравнений;        
• ученики не знают с чего начать решение;
• ученики теряются при решении экспериментальных заданий

       Существует огромное количество физических задач: расчетных, качественных, экспериментальных, но если проанализировать, то окажется, что все задачи можно разбить  на несколько десятков типичных ситуаций. Данные ситуации можно назвать ключевыми. Именно они являются связующей нитью между теорией и задачами. Ключевые ситуации позволяют наглядно показать проявление и применение физических законов; эти ситуации можно проанализировать с точки зрения математики.

       Изучая любую тему по физике, учитель, прежде всего, должен сам определить, что конкретно должен усвоить ученик и выделить для себя эти моменты. Рассмотрим конкретный пример: понятие «плотность» в физике

 7 класса.

      Определяем ,что конкретно, что должны усвоить обучающиеся после прохождения данной темы:

   1.плотность – характеристика любого вещества.

   2.Масса и объем могут быть разными, но отношение массы и объема – постоянно для любого вещества – это формула

   3.Плотность – это масса 1м3 (1см3) вещества

   4.Математические связи между величинами в формуле. Плотность и масса – прямая связь. Плотность и объем – обратная связь.

       Вот практически и все. А дальше  творчество педагога, как добиться понимания выше сказанного. У каждого учителя физики свои подходы, но если ваши ученики  освоят эти четыре « кита», то они будут легко решать любые задачи по теме « Плотность». Следовательно, нужно подобрать такие примеры, задания, которые и будут вести ваших учеников к пониманию этих элементов. При этом следует учесть, что есть задания обучающие – они исследуют ключевые ситуации. Контролирующие  же задания проверяют понимание и их дают, после того, как отработаны  ключевые ситуации. Чем больше примеров, желательно, взятых из реальной жизни рассмотрят ваши ученики, тем выше будет уровень понимания.

Рассмотрим более подробно работу с ключевыми учебными ситуациями на примере двух тем физики 8 класса:

Ключевая ситуация « Количество теплоты»        

1 Уровень.

Воде, спирту, керосину сообщили одинаковое количество теплоты. Какая из жидкостей нагреется до большей температуры? Масса всех жидкостей одинакова.

2 Уровень.

На сколько градусов нагреется 4 кг воды при сжигании 30 г каменного угля, если считать, что вся энергия, выделенная при сгорании угля, пойдет на нагревание воды?

3 Уровень.

Рассчитайте, с какой высоты упала капля воды, чтобы при ударе полностью испарится? Начальная температура капли 20◦С. Сопротивление среды и энергию, затраченную на разрушение поверхности капли не учитывать.

Ключевая ситуация « Электрическое сопротивление»

1 Уровень.

Какое сопротивление имеет железный проводник длиной 5 м и сечением 1мм2?

2 Уровень.

Необходимо экспериментально проверить, зависит ли электрическое сопротивление круглого угольного стержня от его диаметра. Какие стержни нужно использовать для такой проверки?

3 Уровень.

Масса медного провода длиной 100м равна 170г. Каково его электрическое сопротивление

Фрагменты уроков « Решение задач по теме: Количество теплоты»

1). Подготовка к решению задач

    В начале урока повторяю с учащимися теоретический материал. Сначала анализируем формулу Q=mc(t2 – t1) . Учащиеся должны усвоить, что Q~ m;  

Q ~ с; Q ~ (t2 – t1).  После этого еще раз просматриваем видеодемонстрации опытов, доказывающий эти зависимости через мультимедийный проектор.            Особое внимание на вывод из формулы Q=mc(t2 – t1) массы, удельной теплоемкости, температуры( для большинства обучающихся это трудно).

   Затем отрабатываю физический смысл удельной теплоемкости по таблице в учебнике. Необходимо чтобы учащиеся усвоили, что уд. теплоемкость – это количество теплоты, необходимое, чтобы 1 кг данного вещества нагреть на 1◦С или столько тепла выделит 1 кг вещества при охлаждении на 1◦С.

2).  После этого решаем задачу 1 уровня.

Уч. Что нам известно в данной задаче?

У. Так как в задаче даны разные вещества нужно посмотреть их уд.теплоемкости в таблице. А также дано, что Q одинаково и m равная у всех тел.

У. Так как уд.теплоемкость у воды самая большая, то ей нужно расходовать больше тепла для нагревания на 1◦С, значит вода нагреется до меньшей температуры. А керосин имеет самую маленькую уд.теплоемкость, значит он нагреется до большей температуры.

После решения данной задачи предлагаю решить подобные задачи из (1) № 992, 997, 998. ( работа в группах)

3). Перед решением задачи 2 уровня  повторяем формулу для вычисления количества теплоты при сгорании керосина.

Затем акцентирую внимание учащихся на процессах, о которых говорится в задаче, проводя простую демонстрацию – нагревание воды на спиртовке.

Уч. Что происходит с водой?

У. Вода нагревается.

Уч. Почему вода нагревается?

У. Ей дает тепло спирт при сгорании.

Уч. Если не учитывать, что часть тепла отдается окружающему воздуху, то какой вывод мы можем сделать?

У. Сколько тепла отдал спирт, то столько же тепла получила вода. Q1 = Q2 

Уч. Еще раз читаем текст задачи. Похожа ли заданная ситуация на ту, что мы рассмотрели?

У. Да, вода нагревается – забирает тепло, а керосин сгорает – дает тепло.

      Q1 = Q2

Уч. Изобразим эти процессы на схеме.

После такого разбора задачи, учащимся предлагается самостоятельно решить задачу № 1051(1)

3). Перед решением задачи 3 уровня, разбираю подробно с учащимися превращение энергии при падении тела с некоторой высоты, используя рисунок.

Уч. Какой энергией обладает тело, находясь над Землей?

У. Потенциальной, она равна Ер =mgh

Уч. Чему равна кинетическая энергия в данной точке?

У. Она равна 0, т.к. тело не движется.

Уч. Что происходит при падении тела?

У. Потенциальная энергия переходит в кинетическую.

Уч. В момент касания Земли какая энергия у тела?

У. Кинетическая, равная по модулю потенциальной, если не учитывать силу трения, возникающую при движении.

Уч. Тело лежит на Земле. Чему равна потенциальная и кинетическая энергия?

У. Они равны 0.

Уч. Но энергия, согласно закону сохранения энергии не может исчезнуть.

У. Энергия тела перешла во внутреннюю энергию.

Уч. Прочтите задачу, на что израсходовалась потенциальная энергия?

У. На испарение капли.

Уч. Но температура капли в начале была 20◦С, что сначала с ней произошло?

У. Капля должна была нагреется до кипения, а затем испарится.

Уч. Изобразим эти процессы на схеме

Задачу 3 уровня нужно решать после прохождения темы « Испарение»

Фрагмент урока « Решение задач по теме: Электрическое сопротивление»

1). Подготовка к решению задач

    В начале урока повторяю с учащимися теоретический материал. Сначала анализируем формулу .   Учащиеся должны усвоить, что R ~ ρ;  

R ~ l; R ~ 1/S. Особое внимание на вывод из формулы  удельного сопротивления, длины проводника, площади поперечного сечения. ( для большинства обучающихся это трудно).

   Затем отрабатываю физический смысл удельного сопротивления по таблице в учебнике. Необходимо чтобы учащиеся усвоили, что уд. сопротивление – это сопротивление, которое имеет проводник длиной из данного вещества длиной 1м и сечением 1мм2.  Хорошо показать учащимся реальный проводник длиной 1м и сечением 1мм2.Работая с таблицей, задаю учащимся вопросы:

- При каких условиях сопротивление медного проводника будет равно 0,017 Ом?

- Какой проводник при  одинаковых прочих условиях имеет самое большое сопротивление? Самое маленькое сопротивление?

- Во сколько раз железный проводник имеет больше сопротивление, чем алюминиевый?

Затем решаем задачу 1 уровня.

Уч. Из какого вещества сделан проводник, о котором говорится в задаче?

У. Из железа.

Уч. Для чего нам дано название вещества?

У. Чтобы определить по таблице удельное сопротивление.

Уч. Чему равно удельное сопротивление железа? Что это значит?

У. Оно равно 0,1 Ом мм2/м. Это значит, что железный проводник длиной 1м и сечением 1мм2 имеет сопротивление 0,1 Ом.

Уч. Какова длина проводника в нашей задаче?

У. 5м. Это в 5 раз больше, следовательно, железный проводник будет иметь сопротивление 0,5 Ом.

Затем  учащиеся самостоятельно решают задачи , работая в группах

№ 1305,1306,1323,1325(1).

2). Для решения задачи уровня 2( задача из ГИА) – главное, чтобы учащиеся усвоили следующее: То, что исследуется должно быть разным все остальные характеристики должны быть одинаковыми. Основная трудность – таких заданий нет в школьных учебниках и задачниках. В данной задаче нужно вместе с учащимися установить, что от диаметра зависит площадь сечения.

Для этого лучше пояснить это на чертеже.

После нахождения верного решения, дать задание придумать подобную задачу по данной теме.

3).Задача 3 уровня – это задача комбинированная, в ней необходимо вспомнить понятие плотности вещества. Еще учащимся трудно представить, что проводник цилиндр, они не умеют определять объем цилиндра.

Уч. О каком веществе говорится в условии задачи?

У. О меди и еще дана масса этого вещества.

Уч. Зачем в задаче нам названо вещество?

У. Чтобы определить по таблице удельное сопротивление.

Уч. А какую еще величину можно посмотреть по таблице?

У. Плотность.

Уч. Как определить массу через плотность

У. m = ρV

Уч. Проводник имеет форму цилиндра. Изобразим это на чертеже.

Подставим в формулу для массы значение объема m = ρ Sl   и определим сечение проводника, теперь можно легко определить сопротивление по формуле.

Использованная литература

1.Л.Э.Гендельнштейн, В.А.Орлов, Г.Г.Никифоров «Как решать задачи по физике (основная школа). Подготовка к ГИА. М. Педагогический университет «Первое сентября» 2010.

2. Сборник задач В.И.Лукашик, Е.В. Иванова « Сборник задач по физике 7-9»