Питання, які виносяться на екзамен
із спецкурсу “Методи розв’язування фізичних задач”
-
Навчальна задача з фізики, її структурна характеристика.
-
Класифікація задач з фізики за різними ознаками.
-
Основні методи розв’язування задач.
-
Задачі – моделі та їх роль у вивченні фізики.
-
Засоби наочності у розв’язуванні задач.
-
Текстові задачі з фізики.
-
Класифікація текстових задач та особливості їх розв’язування.
-
Графічні задачі їх типи та вимоги до них.
-
Експериментальні задачі та їх особливості.
-
Тестові завдання з фізики, їх типи.
-
Призначення тестових завдань з фізики та вимоги до них.
-
Контрольні роботи з фізики, їх типи.
-
Олімпіадні задачі та їх особливості.
-
Основні методи наближених обчислень у розв’язуванні задач.
-
Додаткові правила наближених обчислень. Обчислення з допомогою мікрокалькуляторів.
-
Метод вибору системи відліку для розв’язування фізичних задач.
-
Методи визначення центра мас.
-
Методи диференціювання у розв’язуванні фізичних задач.
-
Метод інтегрування у розв’язуванні фізичних задач.
-
Метод віртуальних переміщень.
-
Метод екстремуму потенціальної енергії.
-
Закони збереження у розв’язуванні фізичних задач.
-
Метод моделювання у розв’язуванні фізичних задач.
-
Задачі з геофізичним змістом та їх роль у вивченні фізики.
-
Метод дзеркальних відображень у розв’язуванні фізичних задач.
-
Графічні методи розв’язування фізичних задач.
-
Розв’язування фізичних задач методом розгорток.
-
Векторний метод розв’язування фізичних задач.
-
Методи розрахунку електричних кіл.
-
Методи розрахунку нескінченних електричних кіл.
Курс лекцій спецкурсу
Лекція 1-2. Поняття задачі в педагогіці, психології та методиці. Їх дидактичні функції. Класифікація задач та особливості їх розв‘язування
Розглянемо зміст поняття "задача" в науці та практиці навчання. Поняття задачі настільки широке й багатогранне, що у психолого-педагогічній і методичній літературі немає його єдиного означення. Визначення поняття "задачі" стало предметом багатьох наук. Задачі можуть бути навчальні, дидактичні, педагогічні, психологічні, соціальні, економічні тощо. В дидактиці оперують навчальними задачами. Така задача має своє специфічне призначення. Д. Ельконін називає навчальною задачею таку ситуацію, яка дозволяє людині, яка її розв`язує, безпосередньо оволодіти відповідними процесами, способами, принципами або "механізмом" виконання якихось практично значимих дій. Основне призначення навчальної задачі полягає у засвоєнні самої дії, спрямованої на оволодіння системою знань.
Педагоги вважають, що задача - це поставлена мета, яку намагаються досягнути; доручення чи завдання; питання, яке потребує розв`язання на основі певних знань і практичних навичок учнів.
В психології існує кілька поглядів на означення поняття "задача". Наприклад А.H. Монт`єв визначає задачу як ситуацію, яка вимагає від суб`єкта деякої дії, Г.С. Костюк каже, що "задача-це ситуація, яка вимагає від суб`єкта деякої дії, скерованої на знаходження невідомого на основі використання його зв`язків із відомим".
Методики викладання окремих предметів оперують різними визначеннями поняття "навчальна задача". Одними з перших фізичну навчальну задачу визначили С. Каменецький і В. Орєхов: "Фізичною задачею в навчальній практиці, звичайно, називають невелику проблему, яка в загальному випадку розв`язується за допомогою логічних умовиводів, математичних дій та експерименту на основі законів і методів фізики... У методичній і навчальній літературі під задачами розуміють доцільно підібрані вправи, головне призначення яких полягає у вивченні фізичних явищ, формуванні понять, розвиткові фізичного мислення учнів і прищепленні їм умінь застосовувати свої знання на практиці". У першій частині цього означення "задача" визначається через поняття "проблеми". У ньому подаються засоби розв`язку. У другій частині - розкриваються дидактичні можливості фізичних задач. А.Усова і H.Тулькибаєва підкреслюють, що фізична навчальна задача - це ситуація, яка вимагає від учнів мислительних і практичних дій на основі використання законів і методів фізики, спрямованих на розвиток в учнів фізичного мислення, оволодіння ними знаннями з фізики та уміннями використовувати ці знання на практиці. Задача для учнів є об`єктом вивчення, а для вчителя вона виступає методом навчання. Навчальна задача виконує різні функції: пізнавальну, виховну, розвиваючу, організуючу, контролюючу. Різноманітні функції задач визначають їх місце в навчальному процесі та можливості оволодіння учнями методами і способами їх розв`язування. Розв`язування задач - це невід`ємна складова частина процесу навчання фізики. Воно дозволяє формувати і збагачувати фізичні поняття, розвивати фізичне мислення учнів та їх навички застосування знань на практиці. Розрізняють такі дидактичні функції фізичних задач:
- висунення проблеми і створення проблемної ситуації;
- повідомлення нових знань;
- формування практичних умінь і навичок;
- перевірка глибини і міцності знань;
- закріплення, узагальнення і повторення матеріалу;
- розвиток творчих здібностей учнів та інші.
Задача є дуже важливим елементом навчальної діяльності, її можна використовувати на різних етапах і типах уроку. Для постановки навчальної проблеми на уроці використовують нескладні задачі. Вони спонукають учнів до пошуків відповіді на нові питання, що сприяє розвитку творчих здібностей учнів. В процесі розв`язування деяких задач можна подати значну кількість нового матеріалу. При цьому учні відчувають практичну важливість виучуваного матеріалу.
В основному задачі використовують для формування практичних умінь і навичок учнів. З цією метою багато задач такого типу виготовлені у формі дидактичних матеріалів.
Розв`язування задач служить зручним і ефективним засобом перевірки і систематизації знань, умінь і навичок учнів, дозволяє в найраціональнішій формі проводити повторення вивченого матеріалу, розширення і поглиблення знань.
Добре засвоєння учнями теоретичного матеріалу є необхідною, але ще не достатньою умовою уміння застосовувати ці знання на практиці. Цьому їх потрібно спеціально вчити, а зробити це можна особливо ефективно при розв`язуванні задач. Передумовою цього є розуміння учнями суті задачі. Розуміння задачі визначається не тільки розкриттям її змісту, але й її структурою. Деякі автори ( Ю.Куматкін, А.Їсаулов) виділяють у структурі задачі два компоненти:
-умову, тобто наявну сукупність об`єктів, які впорядковані відповідним чином;
-вимогу, яка вказує на те, що потрібно шукати в даній задачі.
Л. Фрідман у структурі задачі, крім умови та вимоги, виділяє ще оператор. Під оператором задачі він розуміє сукупність тих дій ( операцій ), які потрібно виконати над умовою задачі, щоб реалізувати її вимоги. Більш узагальнений підхід до питання про структуру задачі здійснений академіком В. Глушковим. Він у задачі виділяє задачну і розв`язуючу системи. До задачної системи відносяться умова та вимоги задачі. До розв`язуючої системи належать наукові методи, способи і засоби, які є передумовами створення конкретних алгоритмів для розв`язування задач.
Якщо задача сформульована, то процес її розв`язування полягає в знаходженні і реалізації послідовного ряду засобів розв`язку: методу, способу, алгоритму. При цьому процес розв`язування задачі визначається типом задачі. Існують різноманітні типи задач, а отже, і різні класифікації, в основу яких покладені відповідні ознаки.
Їх класифікують за: змістом, способом подання умови, дидактичною метою, основним методом розв`язування, глибиною дослідження питання, ступенем складності та інше.
Одну із можливих класифікацій подано на рисунку.
За змістом задачі ділять у залежності від фізичного матеріалу, тобто розрізняють задачі з відповідних розділів фізики. Проте часто в умові задачі використовують інформацію з різних розділів фізики.
Розрізняють також задачі з абстрактним і конкретним змістом. В абстрактних задачах виділяється і підкреслюється фізична суть. Такі задачі виступають задачами - моделями для інших задач даного змісту. Задачі з конкретним змістом мають більшу наочність, зв`язок із реальною дійсністю, життєвим досвідом учнів. Для аналізу умови таких задач та їх розв`язування ефективним є використання різного типу моделей. Серед задач із конкретним змістом виділяють задачі з політехнічним та історичним змістом. Важлива роль в підвищенні інтересу до фізики належить цікавим задачам. Такі задачі, як правило, містять незвичні, парадоксальні та цікаві факти або явища.
За способом подання умови задачі поділяють на текстові, експериментальні, графічні, задачі - малюнки.
За основним методом розв`язування задачі класифікують на якісні, обчислювальні, графічні та експериментальні. Проте такий поділ не може бути строгим, бо у процесі розв`язування більшості задач використовують декілька способів.
Для якісних задач характерний аналіз фізичної суті явищ, які розглядаються в задачі.
В обчислювальних задачах відповіді на поставлені питання знаходять за допомогою обчислень і математичних операцій. Для розв`язування таких задач використовують арифметичний, алгебраїчний і геометричний способи розв`язку. У процесі вивчення фізики в старших класах найбільш поширеними є алгебраїчний та графічний способи. За характером логічних операцій під час розв`язування обчислювальних задач розрізняють аналітичний і синтетичний методи.
Рис.
При аналітичному методі розв`язування задачі розпочинають з визначення шуканої величини. Але, як правило, у праву частину алгебраїчного виразу входять одне або кілька невідомих, які потрібно замінити іншими фізичними величинами, причому до того часу, поки всі величини, крім шуканої, будуть відомі. Аналітичний метод розв`язування полягає у розбиванні складної задачі на ряд простих ( аналіз ).
При синтетичному методі - послідовно знаходять зв`язки між величинами, які задані в умові задачі. У систему таких зв`язків повинна ввійти шукана величина. При такому методі деякі з проведених дій ( кроків) можуть виявитися зайвими.
Найчастіше використовують аналітико- синтетичний підхід, у якому проявляються обидва ці методи.
У процесі навчання учнів розв`язуванню задач вчителі дотримуються певної послідовності етапів розв`язування. Одним із важливих етапів є аналіз умови задачі та з`ясування її фізичного змісту. Саме на цьому етапі під час розв`язування деяких задач в учнів виникають труднощі. Використання методу моделювання допомагає учням краще зрозуміти явища, процеси, взаємодію машин і механізмів, про які йдеться у відповідних фізичних задачах.