Методы решения эвристических задач на уроках физики.
статья

Методы решения эвристических задач.

 Содержание разработки.

Физическая задача – это ситуация, требующая от учащихся мыслительных и практических действий на основе законов и методов физики, направленных на овладения знаниями по физике и на развитие мышления. Способы решения традиционных задач хорошо известны: логический, математический, экспериментальный. Методика обучения этим способам опирается на алгоритмические или полу алгоритмические модели. Но при решении творческих задач эти методы порой оказываются бессильными.

Нестандартные задачи требуют нестандартного мышления, их решение невозможно свести к алгоритму. Поэтому наряду с традиционными методами необходимо вооружить учащихся и эвристическими методами решения задач, которые основаны на фантазии, преувеличении, «вживании» в изучаемый предмет или явление.

Эти методы не просто интересны, они раскрывают творческий потенциал ученика, развивают образное мышление, обогащают духовную сферу. Они помогут учителю показать физику, как предмет глубоко значимый для любого человека, огромный культурный аспект физической науки, сформировать устойчивый интерес к её изучению.

При решении эвристических задач формируются коммуникативные навыки, которые способствуют развитию умений работать в группе, отстаивать свою точку зрения. В процессе работы над эвристическими задачами учащиеся приобретают и развивают умения выдвигать гипотезу, наблюдать и описывать свойства различных объектов, придумывать и конструировать приборы, делать выводы, участвовать в дискуссиях.

Классификация методов решения эвристических задач:

Метод «вживания». Сущность метода: с помощью чувственно-образных и мыслительных представлений человек пытается «переселиться» в изучаемый объект, как бы почувствовать и познать его изнутри.

Метод смыслового видения. Сущность метода: концентрация внимания на изучаемом объекте позволяет понять (увидеть) его причину, заключённую в нём идею, внутреннюю сущность. Для его применения необходимо создание определённого настроя. Могут задаваться вспомогательные вопросы: «Какова причина этого объекта, его происхождение?», «Как устроен объект, что происходит у него внутри?», «Почему он такой, а не другой?», «Почему это происходит?».

Метод придумывания. Сущность метода: создание нового, неизвестного ранее продукта, в результате определённых умственных действий. Используются такие приёмы, как замещение качеств одного объекта качествами другого; поиск свойств объекта в иной среде; изменение элемента изучаемого объекта и описание свойств нового, изменённого.

Метод «Если бы…..» Сущность метода: составляется описание или рисуется картина о том, что произойдёт, если в мире что-то изменится, если с объектом произойдут изменения. Подобный метод не только развивает способность воображения, но и позволяет лучше понять устройство реального мира, его фундаментальные физические основы.

Метод гиперболизации. Сущность метода: мысленно увеличивается или уменьшается объект познания, его отдельные части или качества. Новые свойства объекта приводят иногда к необычным идеям и решениям задачи.

«Мозговой штурм» (метод Осборна) и метод синектики (метод Гордона).

Эти методы похожи по организации и базируются на одних и тех же принципах. Но есть некоторые смысловые различия.

Сущность метода «мозговой штурм»: коллективный сбор как можно большего числа идей, в результате освобождения участников от инерции мышления и стереотипов в непринуждённой обстановке. Работа происходит в нескольких группах по схеме: генерация идей, анализ проблемной ситуации и оценка идей, генерация контридей. Генерация идей происходит в группе по определённым правилам. На этапе генерации идей любая критика запрещена. Всячески поощряются оригинальные мысли. Затем полученные в группах идеи, систематизируются, объединяются по общим принципам и подходам. Далее рассматриваются всевозможные препятствия к реализации отобранных идей. Оцениваются сделанные критические замечания. Окончательно отбираются только те идеи, которые не были отвергнуты.

Сущность метода синектики: метод основан на использовании различного вида аналогий (словесной, образной, личной), инверсии, ассоциации. Вначале обсуждаются общие признаки проблемы, выдвигаются аналогии, используются аналогии для понимания проблемы, выбираются альтернативы, ищутся новые аналогии, затем возвращаются к проблеме.

Применяя те или иные методы, учитель должен учитывать, что каждый ученик может и, наверное, должен получить своё собственное решение творческой задачи. И это «добытое» знание можно преобразить и обогатить, но ни в коем случае не отвергать. Такой подход и будет эвристическим, от греческого слова «эвристика», что означает «нахожу».

Ожидаемые результаты:

• овладение учащимися методами решения эвристических и нестандартных задач;
• получение дополнительных знаний по физике;
• формирование умения участвовать в дискуссии, строить логическую цепь рассуждения, выдвигать гипотезы;
• развитие интереса к предмету.

Классификация задач по методам решения.

Метод «вживания».

1. Вы фехтовальщик, выше лицо защищено железной маской. Вы хорошо видите публику. Задача: почему вы видите публику, а публика не видит ваше лицо?

2. Вы инопланетяне. Ваш человек весит 3000 Н на нашей планете. На вашей планете наш человек весил бы 300 Н. Определите ускорение свободного падения на нашей планете, если масса вашего человека в два раза больше массы нашего.

3. Вы очень спешите, достаёте шариковую авторучку и, прислонив свой дневник к стене, начинаете поспешно списывать расписание уроков на завтра. Но не успели дописать первое слово, как ручка "отказалась" писать. Вы машете ей, вертите в руках и снова начинаете писать, но пасты хватило на одну букву. Почему шариковая ручка "отказывается" писать, когда стержень  перевернут или расположен горизонтально?

4. Представьте, что вы попали на необитаемый остров, над которым периодически проносятся бури. Какие материалы вы мечтали бы найти на потерпевшем крушение судне, чтобы изготовить самодельный прибор для предсказания очередной бури? Как им пользоваться?

Метод смыслового видения.

1. Исследуйте все возможные физические свойства металлического шара любого размера, используя подручные средства (в том числе и имеющиеся в лаборатории). Запишите наиболее примечательные факты, которые вы обнаружили, поставленные вами вопросы и версии своих ответов.

2. Составь описание опыта, изображенного на рисунке. Продолжи следующие фразы:

Для опыта использовано оборудование: ...
Сначала сделали следующее: ...
При этом заметили, что ...
Затем сделали следующее: ...
После этого наблюдали, что...
Следовательно, опыт подтверждает, что...

3. Рассматривая инопланетянина по телевизору, ученик заметил, что рядом, на чем-то вроде каната, качался какой-то тяжелый предмет. Посмотрев на свои часы, ученик сумел довольно точно определить ускорение свободного падения на планете, с которой состоялась связь. Как он это сделал?

4. Как доказать, что кружка металлическая?

5. Укажите все возможные физические параметры человека?

6. Два полых шара, имеющих одинаковую массу и объём, покрашены одинаковой краской, царапать которую не желательно. Один шар изготовлен из алюминия, другой – из меди. Как проще всего узнать, какой шар изготовлен из алюминия, какой из меди?

7. Нужно узнать массу и длину медного проводника, из которого сделана обмотка катушки электромагнита. Катушку разматывать не хотелось бы. Можно ли выполнить задание, располагая источником тока, вольтметром, амперметром и микрометром?

 Метод придумывания.

1. Придумайте игрушку, принцип действия которой основан на законе Паскаля. Опишите принцип её действия.

2. Придумайте игрушку, принцип действия которой основан на законе Ома. Опишите принцип её действия.

3. Придумайте способы уменьшения веса тела.

4. В физике существует понятие силы тяжести. А могла бы существовать «сила лёгкости»? Какие физические явления она тогда характеризовала бы? С какими другими физическими величинами она была бы связана? Составьте и обоснуйте формулу, связывающую «силу лёгкости» с другими величинами.

5. Луч света имеет особенности прохождения через собирающую линзу. Что может быть собирающей линзой для звука? Предложите и опишите конструкцию такой линзы. Приведите примеры её возможного применения.

Метод «Если бы……..»

1. Опишите гипотетическую ситуацию на тему «Если бы тепло от более холодных тел самопроизвольно переходило к более нагретым телам….» Каков мог бы быть механизм такого процесса?

2. Как изменится количество дней в году, если изменить направление вращения Земли вокруг своей оси или вокруг Солнца на обратное вращение?

Метод гиперболизации.

1. Что произойдёт, если скорость звука станет больше скорости света?

2. Вовочка  рассказывал:  «Мой рост  - 1,5 метра, а моя масса 50 кг. Интересно, какой  была – бы моя масса, если бы я вдруг стал великаном в 5 раз выше ростом?»  - спросил он  друга.

3. Как изменится линейная скорость и центростремительное ускорение точки веретена, если его радиус увеличить в два раза? Период считать не изменяющимся.

4. Как изменилась бы продолжительность земного года, если бы масса Земли стала равной массе Солнца, а расстояние между ними осталось тем же?

5. Что произойдёт в мире, если сила гравитации увеличиться в 10 раз?

 «Мозговой штурм» (метод Осборна) и метод синектики (метод Гордона).

1. Как известно, для электричества существуют силы притяжения и отталкивания. Могут ли существовать силы отталкивания для гравитации? Ответ обоснуйте.

2. Какой физический прибор можно создать на основе гвоздя? Опишите его назначение, принцип действия, границы применимости, схему.

3. Чем подтвердить, что тела, находящиеся на Земле, притягиваются к Луне?

4. Каким образом можно изменить плавучесть предмета?

5. Возможен ли такой случай: в человека стреляют, а он ловит пулю и спокойно кладет ее в карман?

6. В неглубокий сосуд налейте водопроводную воду. Толщина слоя должна быть 5 -7 см. Затем в пипетку наберите настойку йода (можно использовать "зеленку"). Осторожно опустите свободный конец пипетки под поверхность воды на глубину 2- 3 см. Выдавите из пипетки небольшое количество жидкости и уберите пипетку. Пронаблюдайте, как в воде образуется произвольной формы объем йодной настойки, который медленно, деформируясь, поднимается вверх. Как только он достигнет водной поверхности, произойдет взрывоподобное растекание йодной настойки по поверхности воды. Как объяснить наблюдаемое?

7. Какой физический прибор можно создать на основе медицинского шпица? Опишите его назначение, принцип действия, границы применимости, схему.

8. Будет ли кипеть вода в кружке, если кружка плавает на поверхности кипящей жидкости? Соблюдая меры предосторожности, проверьте ваше предположение на опыте и объясните его результат.

9. Допустим, у вас есть полый куб с зеркальными внутренними гранями. Вы включаете лампу, освещаете полость, а затем выключаете лампу. Останется ли свет внутри куба? Если останется, то, как долго он будет там существовать?

Литература: 

Соколов В.Н. Педагогическая эвристика: Введение в теорию и методику эвристической деятельности: Уч. пособие для студентов высших учебных заведений / В.Н. Соколов.—М.: Аспект Пресс,

2  Личностно-ориентированное обучение в школе. – Ростов.: Феникс, 2016 г.