Проблемный подход на уроках физики
статья по физике на тему

Проблемный подход к обучению берет свое начало еще со времен Сократа. В педагогике теория проблемного обучения разрабатывается с середины 50-х годов XX столетия. Сегодня теория проблемного обучения - достаточно глубоко разработанная и стройная отрасль педагогической науки.

Интерес и потребность в проблемном обучении связаны с научно-техническим прогрессом. Вторая половина XX века - это эпоха четвертой в истории человечества НТР: меняются технологии производства (автоматизация, биотехнология), транспорт, связь, развиваются космические исследования, найдены новые виды энергии (атомная, термоядерная). НТР и социальный прогресс все настойчивее требуют, чтобы образование формировало свойства творческой личности, способной к созидательной деятельности в изменившихся условиях существования.

Какая же деятельность считается творческой? Это деятельность, в которой проявляются такие качества личности, как продуктивность, оригинальность мышления, изобретательность, умение увидеть проблему, интуиция, быстрота умственных реакций. Эти способности в определенной мере и развивает проблемное обучение, суть которого заключается в создании (организации) проблемных ситуаций и их решении в процессе совместной деятельности обучающихся и педагога при максимальной самостоятельности первых и под общим руководством последнего, направляющего деятельность обучающихся.

 Принципы проблемного обучения

1. Знания не даются в готовом виде, а приобретаются усилием мысли обучающегося.

2. Проблема ставится в зоне ближайшего развития обучающегося.

3. Процесс обучения должен приносить школьнику интеллектуальное удовольствие.

4. Проблемное обучение будет полноценным, если оно используется систематически, при изучении всех предметов.

5. В идеале – обучающиеся сами ставят проблемы.

Структура технологии проблемного обучения

 I этап - постановка педагогической проблемной ситуации, направление обучающихся на восприятие ее проявления, организация появления у них вопроса.

II этап - перевод педагогически организованной проблемной ситуации в психологическую: состояние вопроса - начало активного поиска ответа на него, осознание сущности противоречия, формулировка неизвестного. На этом этапе педагог оказывает дозированную помощь, задает наводящие вопросы и т.д.

III этап - поиск решения проблемы, выхода из тупика противоречия. Совместно с учителем или самостоятельно обучающиеся выдвигают и проверяют различные гипотезы, привлекают дополнительную информацию. Педагог оказывает необходимую помощь (в зоне ближайшего развития).

IV этап - Появление идеи решения, переход к решению, разработка его, образование нового знания (ЗУН) в сознании обучающихся. 

V этап - реализация найденного решения в форме продукта.

 Если педагог чувствует, что школьники затрудняются выполнить то или иное задание, то он может ввести дополнительную информацию, снизить тем самым степень проблемности и перевести обучающихся на более низкий уровень технологии проблемного обучения.

При организации проблемного обучения существенно меняется роль педагога. Он должен выполнить ряд новых для него ролей и функций

 Функции проблемного обучения

 - определять проблему в различных ситуациях, принимать ответственное решение, оценивать последствия своего решения;

- ставить цель своей деятельности, определять условия для её реализации, планировать и организовывать процесс её достижения;

- осуществлять рефлексию и оценку своей деятельности и её результатов.

  Современные  стандарты  требуют  в  школьных программах  вместо  простой  передачи  знаний,  умений  и навыков от учителя к ученику постановки приоритетных

целей  школьного  образования.  Каждый  педагог понимает,  что  сейчас  необходимо  научить  ученика самостоятельно  осуществлять  деятельность  учения,

ставить  учебные  цели,  проектировать  пути  их реализации,  контролировать  и  оценивать  свои достижения.  Другими  словами  –  сформировать  у обучающегося умение  учиться. Поэтому на  первый план выходит  личность  ученика,  а  учитель,  выполняя  заказ общества,  должен  вовлекать  каждого  обучающегося  в

активный познавательный процесс. ФГОС  ориентирует  новое  образование  на  достижение повышения  качества,  соответствующего  современным запросам личности, общества и государства. Следовательно,  решением  данной  проблемы  является

поиск  и  использование  новых  педагогических технологий,  в  частности,  технология  проблемного обучения,  которая  считается  личностно-ориентированной,  потому  что  в  ней  осуществляется индивидуальный  и  дифференцированный  подход  к обучению  каждого  школьника,  а  также  обучение школьников в сотрудничестве. Как  показывает  практика,  традиционное  образование обеспечивало  обучающихся  только  системой

определённых знаний, которое было не в полной степени направлено на развитие внимания, памяти и логического мышления,  навыков  анализа,  синтеза  и  обобщения,  а

также  навыков  самостоятельной  деятельности. Проблемное  обучение  будет  способствовать  устранению этих  недостатков.   Поэтому  считаю,  что  на  уроках  физики,  где  большой объем  материала  и  недостаточное  количество  учебных

часов  (в  универсальных  классах  –  2  часа  в  каждом классе), особенно эффективно использование технологии проблемного обучения. С другой стороны возникает дополнительная проблема –отсутствие в учебниках А.В. Перышкина информации для

постановки  проблемных  ситуаций  на  учебных,  а  тем более на  внеурочных занятиях.  Возникает потребность в разработке  наиболее  приемлемых  для  школьников

заданий по темам. Таким  образом,  технологии  проблемного  обучения

позволит:

−  осуществлять  дифференцированный  подход  в

обучении;

−  даст  возможность  использования  различных  видов

деятельности (индивидуальной, в парах, в группах);

−  будет способствовать подготовке к ГИА, повышению

уровня  качества  обученности  школьников,  повышению

мотивации к изучению физики.

  . Каждый учитель сталкивается с проблемой отсутствия в учебниках хорошо продуманных, разнообразных заданий и вопросов для раскрытия идейного замысла и понимания содержания данного учебного материала. Даже если они и есть, то обучающиеся по ним самостоятельно усваивать материал затрудняются из-за сложности формулировок. Возникает необходимость в разработке новых, наиболее приемлемых для школьников заданий по темам. В этом учителю помогает применение технологии проблемного обучения, которая позволяет: осуществлять дифференцированный подход в обучении; дает возможность использования различных видов деятельности (индивидуальной, в парах, в группах); способствует подготовке к ЕГЭ, повышению уровня качества обученности школьников, повышению мотивации к изучению физики.

Не менее 50% учебного времени отвожу на самостоятельную работу обучающихся, позволяющую им приобрести опыт познавательной и практической деятельности. Минимальный набор выполняемых обучающимися работ включает в себя:

- работу с источниками информации с использованием современных средств коммуникации, включая ресурсы Интернет;

- критическое осмысление актуальной информации, поступающих из разных источников, формулирование на этой основе собственных заключений и оценочных суждений;

- решение познавательных и практических задач, отражающих типичные ситуации;

- освоение типичных ролей через участие обучающихся в деловых играх и тренингах, моделирующих ситуации из реальной жизни;

- аргументированную защиту своей позиции, оппонирование иному мнению через участие в дискуссиях, диспутах о современных социальных проблемах;

- написание творческих работ – эссе;

- создание и реализация школьных социальных проектов.

  Рассмотрим несколько примеров возможного использования метода проблемного обучения при изучении физики.   Непосредственное  использование этого метода на моих уроках в 7-8 х классах. Урок в 7-м классе: «   Расширение твердых и жидких тел при нагревании. Ознакомление с явлением расширения твердых и жидких тел при нагревании следует начинать с наблюдений этого явления в опытах. Эти опыты целесообразно выполнять не как иллюстрацию к рассказу о явлении, а как решающие эксперименты по проверке собственных гипотез учащихся. В этом случае обеспечен неподдельный интерес и внимание учащихся к опытам.
      Но чтобы появились гипотезы учащихся, нужно поставить проблему, требующую экспериментальной проверки. В случае использования шара с кольцом проблему можно сформулировать следующим образом: «Посмотрите, у нас есть шар и кольцо, изготовленные из одинакового металла. Шар проходит через кольцо.
      А пройдет ли шар через кольцо, если нагреть шар и кольцо?
      А пройдет ли шар через кольцо, если нагреть только шар?
      А пройдет ли шар через кольцо, если нагреть только кольцо?
      Обоснуйте свои утверждения».
      Нужно ли предлагать три варианта эксперимента? Нужно хотя бы из-за того, что почти каждый учащийся без ошибки ответит на второй вопрос, а на первый и третий вопросы будут предлагаться разные ответы. Это и сделает проведение эксперимента интересным для учащихся и позволит выяснить, кто же прав. Загадка состоит в том, что произойдет при нагревании кольца: увеличится радиус его отверстия или уменьшится. Одним кажется логичным предположить, что при нагревании кольца отверстие уменьшается, так как кольцо расширяется во все стороны. Другим кажется логичным предположить, что при нагревании кольца отверстие увеличится, а третьи могут предположить, что размеры отверстия не будут изменяться, так как оно не нагревается.
      Обсудив все возможные варианты, можно приступить к их экспериментальной проверке и путем опытов установить, какая из гипотез верная.

Рассмотрим пример создания проблемной ситуации на уроке физики “Плавание тел” в 7 классе.

Перед учащимися находится три сосуда с жидкостью, в которых помещены три одинаковых тела, например, яйца: в первом сосуде тело плавает на поверхности, во втором находится внутри жидкости, в третьем тело на дне.

Вопрос: Почему одно тело ведет себя по-разному? От каких факторов зависит поведение тела в жидкости?

Учащиеся предлагают много версий, но не все они отражают суть, поэтому сами учащиеся выбирают из всех самые доказательные. Так как, во всех случаях тела одинаковые, то можно сразу исключить параметры тела, остается жидкость, следовательно, условия плавания связаны с жидкостью.

Таким образом, зная о существовании силы тяжести и силы Архимеда, учащиеся приходят к выводу о соотношении этих сил, а так же связывают это с плотностью тел и жидкости. На доске делаем чертеж данного опыта и подбираем соотношение сил, после каждого рисунка делаем вывод: тело тонет, если…и т.д.

При изучении темы: «Плотность» ставлю вопрос:- Почему в таблице плотностей нет плотности картофеля или свеклы?

Возможно несколько способов выдвижения проблем:

 Выдвижение проблемы в связи с изучением новых явлений, установлением новых экспериментальных фактов, не укладывающихся в рамки прежних представлений (или теорий). Например, в 8 классе при изучении электрических явлений у учащихся продолжительное время — на протяжении ряда уроков — формируют представление о том, что для возникновения тока необходим источник тока (гальванический элемент). Повторив условия существования тока, учитель предлагает их вниманию опыт с движением проводника в магнитном поле, показывающий, что можно получить ток в проводнике и без известных им источников тока (гальванических элементов и аккумуляторов). Возникает проблемный вопрос: «Почему это происходит?»

Выдвижение проблемы в данном случае осуществляется с целью повышения интереса учащихся к объяснению учителя и активизации их мышления в процессе восприятия нового материала.

Выдвижение проблемы в связи с поисками нового метода измерения физической величины. Например: «Как определить массу стального бруска, имея в распоряжении только измерительный цилиндр с водой?»

Учащиеся до сих пор определяли массу с помощью рычажных весов, а учитель предлагает им решить эту задачу с помощью мензурки, которую до сих пор они использовали только для измерения объема тел.

Постановка вопроса, требующего установления связи между явлениями или величинами, характеризующими явление. Например, введя понятие о сопротивлении проводника, учитель обращается к классу с вопросом: «От чего зависит сопротивление проводника?»

Вопрос он ставит для того, чтобы ученики высказали свои предположения и предложили соответствующий эксперимент.

Проблемное обучение, основанное на закономерностях развития мышления, призвано научить учеников самостоятельно мыслить, самостоятельно получать знания, анализировать и делать выводы. При проблемном подходе к обучению есть возможность уйти от механического запоминания. Когда перед учащимися ставится учебная проблема, создается тем или иным способом проблемная ситуация, у них появляется интерес, они активно включаются в процесс решения проблемы - все это способствует лучшему усвоению материала, причем большая часть усваивается непроизвольно. Ученик учится мыслить научно.

  Перед изучением явления конвекции с помощью опытов можно создать проблемную ситуацию на основе проблемного демонстрационного эксперимента:

 Первый опыт. Прогревать сверху воду, налитую в пробирку. На дне пробирки с помощью груза укрепляют кусочек льда. Верхний слой воды закипает, а нижний остается холодным, (лед не тает). Учащиеся объясняют результаты опыта, так как им известна плохая теплопроводность воды.

Второй опыт. Нагревают пробирку снизу, а кусочек льда помещают на поверхность воды. Вода в пробирке закипает. Лед тает. Создается проблемная ситуация. Начинается её анализ. Выделяются известное и неизвестное. На основании знаний, полученных учащимися при изучении явления теплопроводности, вода не должна прогреваться, так как она плохой проводник теплоты. Показанный опыт и жизненная практика показывают, что это не так. Возникает проблемная ситуация, которая создаётся с помощью учащихся: почему при подогревании пробирки снизу закипает вся масса воды, а при нагревании сверху ее верхний слой? Школьникам понятен результат нагревания пробирки с водой сверху, но совершенно непонятен результат опыта с нагреванием ее снизу, так как они еще не изучили явления конвекции. Таким образом, в самом начале урока создается проблемная ситуация. Она заставляет учащихся понять, что ранее приобретенных знаний недостаточно для объяснения наблюдаемого явления и что необходимо изучить новые явления и их закономерности, которые рассматриваются в новой теме "Конвекция".  Выдвижение проблемы в данном случае осуществляется с целью повышения интереса учащихся к объяснению учителя и активизации их мышления в процессе восприятия нового материала.

  Следующую проблемную ситуацию целесообразно создать для обобщения и закрепления учебного материала по теплопроводности тел. При решении проблемной ситуации, подчеркивается не только различие теплопроводности разных тел (вода, бумага), но и теплопроводности одного и того же тела в зависимости от его состояния 
(мокрая или сухая бумага).

 Первый опыт. Из писчей бумаги делают небольшую коробку в виде противня. Углы ее зажимают канцелярскими скрепками. Устанавливают коробку на кольце штатива. Под коробку ставят зажженную спиртовку. Бумажная коробка быстро сгорает. Второй опыт. Вторую такую же коробку устанавливают на кольце штатива, наливают в нее немного воды. Под коробку ставят зажженную спиртовку и нагревают воду до кипения. О том, что вода в коробке закипает, учащиеся судят по выделению большого количества пара. Возникает проблемная ситуация: почему пустая бумажная коробка, помещенная на источник теплоты, загорается, а заполненная водой нет? Далее идёт разрешение проблемной ситуации: бумажная коробка, заполненная водой и помещенная на пламя спиртовки, не горит потому, что бумага, пропитанная водой" становится теплопроводной и нагревается при кипении воды приблизительно до 100°С. Температура же воспламенения бумаги значительно выше. 
 Постановка проблемного вопроса с целью привлечения имеющихся  у учащихся знаний к решению задач практического характера, например: «Что надо сделать, чтобы охладить молоко летом, не имея холодильника?» Проблема поставлена. Ученикам предлагают самим найти способ ее решения, используя ранее приобретенные знания.

 При решении проблемных вопросов требуется (без выполнения расчетов) объяснять то или иное физическое явление или предсказать, как оно будет протекать в определенных условиях. Как правило, в таких задачах нет числовых данных. Отсутствие вычислений позволяет сосредоточить внимание учащихся на физической сущности явления. Решение проблемных вопросов способствует воспитанию у учащихся внимания, наблюдательности и развитию графической грамотности.

При решении проблемных задач ответ на поставленный вопрос не может быть получен без вычислений. Проблемная задача – это ситуация, требующая от учащихся мыслительных и практических действий на основе законов физики, качественного и количественного анализа с подсчетом тех или иных числовых характеристик процесса. Их решение имеет большое воспитательное значение, так как с помощью проблемных задач можно познакомить учащихся с достижением науки и техники, воспитывать трудолюбие, настойчивость, волю, характер, целеустремленность. Процесс решения задач также является средством контроля знаний и умений учащихся.

При выполнении проблемного эксперимента появляется возможность установить причинно-следственные связи между явлениями, а также между величинами, характеризующими свойствами тел. В соответствии с целями и задачами исследования эксперимент может быть количественным или качественным, демонстрационным, исследовательским, техническим и научным. Широкое применение эксперимента в школьном преподавании способствует формированию у учащихся представления об эксперименте как методе научного исследования.

На уроке ввиду ограниченности времени редко возникает возможность предложить достаточно сложные проблемные задания. Кроме того, не все виды таких заданий могут быть использованы, например задания на конструирование и изготовление приборов, постановку опытов, требующих длительного наблюдения. Так как на уроках невозможно в полной мере учитывать индивидуальные особенности учеников, то в этом случае хороши домашние проблемные задания, которые открывают  более широкие возможности, чем задания, выполняемые в классе. Поэтому в системе проблемного обучения проблемные домашние задания незаменимы.

В проблемном плане можно изучать почти  все темы и разделы курса физики. Дело лишь в степени проблемности каждого урока. Не на каждом уроке удается строго выдерживать все элементы проблемного урока.

Трудность управления проблемным обучением в том, что возникновение проблемной ситуации – акт индивидуальный, поэтому от учителя требуется использование дифференцированного  и индивидуального подхода.  

Задача педагога-практика – строить учебный процесс так, чтобы его труд вознаграждался прочными знаниями учеников, их любовью к предмету. Важно учесть, что в обучении нет мелочей, поэтому учитель должен показывать крайнюю заинтересованность в изучаемом предмете, в наблюдении опытов, их анализе, вместе с учащимися удивляться полученному несоответствию, показывать свою озадаченность, побуждать их к раскрытию «тайн» природы. Без этого эмоционального отношения учителя к изучаемому вопросу, проблемное обучение может и не состояться, ведь в его основе лежит способность познающего субъекта удивляться. И тогда происходит улучшение морально-психологического климата обучения на уроках физики, учитель и ученики получают радость от общения, а это самое серьезное достижение.