Статья «Решение качественных задач по физике как способ формирования метапредметных связей»

Ю. М. Новоселова, преподаватель физики

Кировское областное государственное профессиональное образовательное бюджетное учреждение «Нолинский техникум механизации сельского хозяйства» (КОГПОБУ «НТМСХ»), г. Нолинск, Кировская область

Решение качественных задач по физике как способ формирования метапредметных связей

Мы живем в окружающем нас мире и почти на каждом шагу сталкиваемся с привычками для нас как природными (дождь, гром, молния), так и физическими (свет, огонь) явлениями. Все эти явления изучают и объясняют с научной точки зрения для того, чтобы понять природу и использовать полученные знания в своей практической деятельности.

Решение задач по физике – один из основных методов обучения обучающихся. При решении задач им дополнительно сообщаются знания о конкретных объектах и явлениях, создаются и решаются проблемные ситуации, а также сведения из истории науки и техники.

В связи с требованиями ФГОС СПО и ФГОС СОО в последнее время многие преподаватели физики обращаются к активным методам обучения, активизируют процесс включения обучающихся в активную познавательную деятельность, в том числе через решение качественных задач с использованием метапредметных связей. Качественной задачей называется такая задача по физике, в которой решаемая проблема связана с качественной стороной физического явления. Решается задача путем логических умозаключений, опираясь на законы физики. Решением может быть чертеж, выполнение эксперимента, но без использования математических действий.

Многолетний опыт преподавания физики показывает, что решение расчетных задач по физике вызывает у обучающихся серьезные затруднения. Это связано, прежде всего, с тем, что обучающиеся не всегда хорошо понимают изучаемые на уроках физические явления и процессы, и, следовательно, формулы для вычисления выбираются ошибочно. Результат от такого решения предсказуемый: у обучающихся снижается мотивация, исчезает интерес к физике, занижается самооценка. Конечно, такие результаты не могут положительно влиять на качество обучения. Выход из проблемной ситуации вижу в решении качественных задач как на уроках, так и при выполнении домашнего задания.

Использование качественных задач способствует более глубокому пониманию физических теорий, формированию правильных физических представлений, следовательно, предупреждает формализм в знаниях обучающихся. Решение качественных задач вызывает необходимость анализировать и синтезировать явления, т. е. логически мыслить, приучает обучающихся к точной, лаконичной, литературной и технически грамотной речи.

Многие природные явления являются настолько неотъемлемой частью нашей жизни и настолько красивы в своем проявлении (разноцветная радуга, сияние звезд на ночном небе, искрящийся снег под солнцем, северное сияние), что очень часто вызывают в нас эмоциональные лирические чувства.

 Именно эти чувства и выражают многие поэты в своих произведениях. Они художественно описывают физические явления и восхищаются их великолепием, подтверждая неразрывную связь человека с природой, как с научной, так и с духовной стороны.

В своей профессиональной деятельности на уроках физики активно применяю задачи, составленные по творчеству Сергея Есенина. В стихах поэта отражены различные физические явления, по которым можно подобрать и составить качественные задачи при изучении разных разделов физики.

Механика проста для понимания и создает базу для других теорий. Особое значение механика имеет для техники.

«…Отговорила роща золотая/ Березовым, веселым языком,/ И журавли, печально пролетая, /Уж не жалеют больше ни о ком…» Вопрос: Почему перелетные птицы летят V-образным строем? Объясняется ли это какими-либо физическими причинами или это просто одна из любопытных особенностей поведения птиц?

«…Клен ты мой опавший, клен заледенелый,/ Что стоишь, нагнувшись под метелью белой?...» Вопрос: Какой вид упругой деформации испытывает клен?

В молекулярной физике и термодинамике изучается молекулярное строение вещества, тепловые явления, фазовые переходы. При изучении этих тем имеют место следующие задания.

«…Вот уж вечер. Роса/ Блестит на крапиве./ Я стою у дороги,/ Прислонившись к иве…» Как изменилась температура воздуха в этот вечер?

«…А по двору метелица/ Ковром шелковым стелется…» Почему зимой во время снегопада температура воздуха повышается? Почему после снегопада так тихо на улице? Почему снежинки имеют форму шестиугольника или шестиконечной звездочки? Почему все шесть концов снежинки совершенно одинаковы? Как в процессе роста снежинки одна сторона «узнает», что делают ее соседи?

«…Черемуха душистая/ С весною расцвела/ И ветки золотистые,/ Что кудри, завила…» Объясните образование запаха черемухи в воздухе.

Оптические явления также нашли место в творчестве Есенина.

«…Солнца луч золотой/ Бросил искру свою/ И своей теплотой/ Согрел душу мою…» Солнечные лучи, пробивающиеся сквозь тучи, представляются радиально расходящимися во все стороны. Между тем солнечные лучи, падающие на землю параллельны. Как объяснить такое противоречие?

«…Все в них благостно и свято,/ Все тревожное светло./ Плещет рдяный мак заката/ На озерное стекло…» Почему на рассвете или на закате горизонт окрашивается в красный цвет? Объясните изменение окраски озера? Какие явления отвечают за это?

«…Брезжит свет на заводи речные/ И румянит сетку небосклона…» О каких оптических явлениях идет речь? Можно ли наблюдать дисперсию монохроматического света? На поверхности реки, озера или моря в направлении Луны видна сверкающая лунная дорожка. Объясните, как она образуется. Можно ли наблюдать лунную дорожку на идеально гладкой спокойной поверхности воды? Почему дорожка всегда направлена на наблюдателя?

Разбор качественных задач, не осложнённых в отличие от решения, традиционных задач, достаточно громоздкими вычислениями, позволяет сосредоточиться на главном: формировании у обучающихся физического мышления, ясного и чёткого понимания физических законов, понятий и представлений. Активизировать деятельность обучающихся, развивать в них творческие возможности, логическое мышление позволяют задачи, имеющие связь с дисциплинами естественно-научного, исторического, гуманитарного цикла.

Метапредметные связи содействуют формированию у обучающихся цельного представления о явлениях природы, помогают им использовать свои знания при изучении различных предметов. Окружающий мир интересует обучающихся, побуждает их отвечать на вопросы, которые перед ними ставит жизнь. Например: 1) Почему после вдоха всегда следует выдох, а после выдоха вдох? 2) Объясните голубой цвет неба и красный цвет зари. 3) Почему, сидя у горящего костра, мы видим предметы, расположенные по другую сторону костра колеблющимися? 3) Среди птиц нет двоечников. Они хорошо усвоили урок о правильном поведении на высоковольтных линиях. Почему ток, проходящий через тело птицы, сидящей на голом проводе высоковольтной линии электропередач, не причиняет птице вреда?

Эффективным является решение физических задач, составленных на основе фрагментов с элементами истории. В качестве примеров можно привести следующие вопросы и задания. 1) Иногда на концах корабельных мачт и на острых углах высоко поднятых предметов возникает свечение, похожее на кисточки конусы света (коронный разряд), которое в старину вызывало у мореплавателей суеверный страх (так называемые «огни святого Эльма»). Особенно часто свидетелями этого явления становятся альпинисты. Объясните причину этого явления. 2) В годы ВОВ саперы использовали миноискатели, которые представляли собой генератор незатухающих электромагнитных колебаний звуковой частоты. Индуктивность контура была выполнена в нем в виде проволочного кольца. Когда кольцо, передвигаемое по земле, приближается к мине, в телефонных наушниках высокий тон сменяется на низкий. Попробуйте объяснить, как это получается.

Привлечение этого материала служит развитию у обучающихся творческих способностей, умению наблюдать, формирует умения работать с дополнительной литературой, применять знания для объяснения явлений, наблюдаемых в природе, в окружающей жизни.

Считаю, что ценность качественных задач проявляется особенно при изучении таких разделов курса физики, в которых нет физических формул, и явления рассматриваются лишь с качественной стороны. Например: 1)Почему капля воды, попав на раскаленную сковороду, начинает прыгать? 2) Громадная часть поверхности Земли покрыта водной оболочкой. Почему, несмотря на это, атмосфера не насыщена водяными парами? 3) Во время учебных военных тренировок на полигоне замечено, что в сырую погоду дым от разрыва снарядов и дымовых гранат стелется над поверхностью земли. Почему? 4) Говорят, однажды, В.Рентген получил письмо с «просьбой» выслать немного «икс-лучей», чтобы выяснить, действительно ли в грудной клетке застряла револьверная пуля. Что тут было ответить? «К сожалению, у меня сейчас нет в запасе икс-лучей. К тому же переправить их дело сложное. Поступим проще…» Что, по Вашему мнению, предложил ученый?

Обучение физике не ограничено только уроком. Ежегодно, в рамках проведения декады общеобразовательных дисциплин, проводятся всевозможные интеллектуальные игры, викторины по предмету, вопросы которых представляют собой качественные задачи. Обучающиеся в нестандартной обстановке отвечают на эти вопросы с огромным интересом, тем самым расширяют свой кругозор, более глубоко понимают и учебный материал.

В своей педагогической деятельности для подбора качественных задач привлекаю студентов. Применение на уроках физики отрывков из художественных произведений, исторических материалов, задач, имеющих связь с дисциплинами естественно-научного цикла, настолько повысили интерес обучающихся и рост их познавательной активности, что они стали сами приносить литературные тексты с описанием физических явлений. Особенно удачно это получается со студентами специальностей естественно-научного и социально-экономического профилей, где на изучение физики отводится меньшее число часов. Работая с учебной и дополнительной литературой, студенты самостоятельно изучают некоторые темы. «Шкатулка» качественных задач по физике пополняется систематически.

Качественные задачи знакомят обучающихся с техникой, являются одним из средств подготовки обучающихся к практической деятельности, расширяют их кругозор. Несомненно, решение качественных задач является одним из приемов политехнического обучения, так как в современном мире на каждом рабочем месте необходимы умения ставить и решать нестандартные задачи на основе достижений науки и техники.

Источники информации:

Есенин С. Исповедь хулигана: Стихотворения, поэмы. – СПб.: Издательский Дом «Азбука-классика», 2007. – 320с.

Семке А. И. Нестандартные задачи по физике. для классов естественно-научного профиля – Ярославль: Академия развития, 2007.

Семке А. И. Нестандартные задачи по физике. для классов гуманитарного профиля – Ярославль: Академия развития, 2007.

http://fizportal.ru/physics/qualitative

http://iralebedeva.ru/physic10.html