...
Методичні основи використання графічних та експериментальних задач з фізики PDF Печать E-mail

Курсова робота
Методичні основи використання графічних та експериментальних задач з фізики

ЗМІСТ
Вступ    3
Розділ І. МЕТОДИЧНІ ОСНОВИ ВИКОРИСТАННЯ ГРАФІЧНИХ ЗАДАЧ З ФІЗИКИ    6
1.1. Роль та зміст графічних задач в системі шкільної фізичної освіти    6
1.2. Графічний спосіб розв’язування задач    9
1.3 Види графічних задач    13
Розділ ІІ. МЕТОДИЧНІ ОСНОВИ ВИКОРИСТАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ЗАДАЧ З ФІЗИКИ    18
2.1. Характеристика експериментальних задач    18
2.2. Методика розв’язування експериментальних задач    23
2.3 Використання експериментальних задач на різних етапах уроку    27
Висновок    32
Література    33


Вступ
Процес розв’язування задач служить одним із засобів оволодіння системою наукових знань по тому чи іншому предмету. Особливу велика його роль при вивченні фізики, де задачі виступають дійовими засобами формування фізичних знань і навчальних вмінь. В процесі розв’язування задач учні оволодівають методами дослідження різних явищ природи, знайомляться з новими ідеями і поглядами, з відкриттям вітчизняних вчених. Систематичне розв’язування задач розвиває мислення в учнів, сприяє їх підготовці до раціоналізаторства і творчих пошуків, виховує наполегливість, волю і являється добрим засобом контролю за знаннями учнів, вміннями і навиками.
Вміння застосовувати знання на практиці – доказ їх усвідомлення. Однак лише навіть у випадку доброго засвоєння учнями матеріалу вони деколи не можуть застосовувати свої знання на практиці, цьому їх потрібно вчити, причому при розв’язуванні фізичних задач зробити це можна особливо ефективно.
Розв’язуванню навчальних фізичних задач традиційно належить значна роль у структурі змісту шкільної освіти, фізичної освіти. Рівень оволодіння учнями навчальним матеріалам суттєво залежить від розвитку їхніх умінь розв’язувати змістовні задачі, які в сучасних умовах стають не лише ілюстрацією практичного застосування розглядуваного фізичного знання, а й сприяють розвитку мислення, інтелектуальних і творчих здібностей учнів, ознайомлюють їх з методами наукового дослідження .
Навчити учня розв’язувати фізичні задачі одна із самих складних педагогічних проблем. Тому дуже важливо яку методику навчання використовує вчитель: ту яка навчає учнів розв’язувати задачі загальним методом чи ту де кожна окрема задача  розв’язується своїм методом.
Як показала практика, багато учнів не вміють розв’язувати задачі. Вони не застосовують методів  розв’язування задач. Вони не вміють усвідомлювати задачну ситуацію, аналізувати умови задачі, находити основні закономірності, які необхідні для розв’язку задачі.
Труднощі розв’язку задач визначаються відношенням учня до алгоритму розв’язку задач даного типу. Якщо алгоритм рішення відомий, як, наприклад, алгоритм рішення задач на закони динаміки в фізиці, алгоритм Евкліда в математиці, то задача розв’язується порівняно легко. Якщо ж алгоритм розв’язку задачі невідомий, розв’язання задачі потребує проявлення великої самостійності, творчих пошуків, великих напружень розумових зусиль.
Зокрема стосовно розв’язування учнями якісних задач (або як їх ще називають ’’задачі на пояснення’’) критерієм може бути ступінь самостійності. Якщо учень знаходить самостійно правильне пояснення явища чи процесу, яке описане в задачі, можна вважати, що уміння, необхідні для цього, перебувають у зоні актуального розвитку. Проте пізнавальні задачі, розв’язання яких не вимагає від дитини ніяких зусиль, не можуть викликати позитивних емоцій, бо вона в цей час не переживає руху вперед, задоволення своїх потенціальних можливостей, налаштованих на розвиток. Як наслідок виникає небажання розв’язувати такі задачі, зникає мотив учіння. Психологічний дискомфорт, який виникає від безцільності пізнавальної діяльності і є тим бар’єром, який створює труднощі.
В більшості загальноосвітніх шкіл мало уваги приділяють експериментальним задачам – це задачі в яких необхідно провести дослід і на його основі знайти розв’язок задачі.
Велике значення має графічний метод подання інформації, який є дуже наочним. Проте в шкільному курсі фізики роботі з графіками приділяється небагато уваги, зокрема і такій темі, як графічні задачі у розділі “Механіка”.
Однією з проблем розв’язування фізичних задач є те що, учні записавши умову задачі починають писати формули, замість того щоб малювати рисунок. Це стосується таких задач: задачі про похилу площину, задачі в яких необхідно знайти прискорення вільного падіння, рух тіла під кутом до горизонту і т. д. Великих труднощів викликають в учнів дії над векторами. Досить часто учні помиляються при малюванні сил які діють на тіло.
Тому було  вирішено розглянути методичні основи використання графічних та експериментальних задач з фізики.

Розділ І. МЕТОДИЧНІ ОСНОВИ ВИКОРИСТАННЯ ГРАФІЧНИХ ЗАДАЧ З ФІЗИКИ
1.1. Роль та зміст графічних задач в системі шкільної фізичної освіти
Розв’язування задач є однією з найважливіших ділянок роботи в системі навчання фізики в школі. Фізичні задачі різних типів можна ефективно використовувати на різних етапах вивчення матеріалу: а) для постановки проблеми, що потребує розв’язування; б) повідомлення нових знань; в) формування практичних умінь і навичок; г) перевірки якості засвоєння матеріалу; д) повторення, закріплення та узагальнення матеріалу; е) для розвитку творчих здібностей умов та ін.
Розв’язування задач повинно органічно поєднуватися з демонстраційним та фронтальним експериментом, усним викладом матеріалу, з використанням екранних навчальних посібників тощо.
Фізичною задачею в навчальній літературі (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 звичайно розуміють доцільно дібрані справи, основне призначення яких полягає у вивченні фізичних явищ, формуванні понять, розвитку фізичного мислення учнів і прищепленні їм умінь застосовувати свої знання на практиці.
Програмами з фізики для середньої школи передбачено обов’язкове розв’язування задач різного типу при вивченні фізики. Вважається, що без систематичного розв’язування задач курс фізики не може бути засвоєний.
Розв’язування задач допомагає більш глибшому засвоєнню фізичних законів, розвитку логічного мислення, ініціативи, волі і наполегливості в досягненні поставленої мети, викликає інтерес до фізики.
Зміст фізичних задач розширює знання учнів про явища природи і техніки. В процесі рішення задач учні стикаються з необхідністю застосувати отримані знання з фізики в житті, глибше розуміють зв’язок теорії з практикою.
В педагогічній практиці склалися такі три основні організаційні форми рішення задач:
1)    учитель аналізує і записує на дошці більш складну задачу, запитаннями спонукає учнів до колективної роботи;
2)    аналіз і обговорення задачі проводиться колективно під керівництвом вчителя, один з учнів записує розв’язок на дошці. Запропоновану задачу учні повинні спробувати розв’язати самостійно; для цього їм необхідно надати декілька хвилин подумати і лише після цього почати роботу з класом; для більш устигаючих учнів повинні бути підготовлені індивідуальні завдання;
3)    учитель дає завдання, а учні самостійно їх виконують, при цьому учитель, враховуючи успіхи кожного, консультує учнів; при виявленні типової помилки звертає на неї увагу.
В навчальній і методичній літературі зараз накопичено велику кількість задач, проте до нашого часу немає єдиної точки зору на їх класифікацію. Нижче наведено схему одного з можливих типів класифікації задач.










Задачі з фізики можуть класифікуватись за різними ознаками: за змістом, за дидактичною метою, за глибиною дослідження питання, за способами подання умови, за ступенем важкості та ін.
За способами подання умови фізичні задачі класифікують на текстові, експериментальні, задачі-малюнки, графічні.
Графічними вважаються такі задачі, в яких об’єктом дослідження є графіки, задані в умовах, в інших – їх потрібно побудувати. Найпростіші графічні задачі полягають в аналізі і побудові нескладних графіків. Далі можна пропонувати задачі на знаходження кількісних співвідношень і навіть на складання відповідних формул.
При вивченні фізичних явищ часто визначають функціональні залежності між величинами, які характеризують процеси, що протікають в навколишньому середовищі і техніці. Поняття функціональної залежності більш повніше і конкретніше відображає взаємний зв’язок явищ. Графічне зображення функціональної залежності найбільш чіткіше і зрозуміліше виражає цю залежність. Графік наглядно розкриває фізичну закономірність. В ряді випадків в школі графічно можуть бути зображені деякі процеси (наприклад, робота змінної сили), які тільки в подальшому вивченні фізики можна виразити аналітично.
Графічні задачі і вправи сприяють свідомому засвоєнню фізичних закономірностей. Особливо велика їх роль в активізації процесу викладання фізики.
До графічних відносять задачі, в яких з аналізу графіків, приведених в умові, отримують дані для розв’язку задачі, розв’язок задачі виконують на основі побудови графіків і визначення, наприклад, координат точок перетину кривих, за графіком визначають максимальні і мінімальні значення функцій, за графічним зображенням процесів в одних координатних осях будують зображення цих процесів в інших координатних осях. Наприклад пропонують такі завдання
1) Накресліть графіки ізотермічного, ізобарного та ізохорного процесів в ідеальному газі в координатних осях p,V; p,T; V,T. Порівняйте між собою графіки однакових процесів в різних координатних осях.
2) На малюнку 2а,б зображені графіки прискорень двох тіл (в осях “час-прискорення”). Накресліть графіки швидкості руху цих тіл.
Графічні вправи та задачі допомагають учням оволодіти цим важливим методом зображення функціональних зв’язків, які сприяють глибокому розкриттю фізичної суті процесів і явищ.

1.2. Графічний спосіб розв’язування задач
Під час вивчення фізичних явищ дуже важливо розкрити перед учнями взаємозалежність і взаємозумовленість явищ, установити функціональні залежності між величинами. Графічний спосіб розв’язування задач стає на допомогу в здійсненні цих завдань.
Графічний прийом розв’язування застосовний до тих задач, умови яких формуються за допомогою ілюстрацій. Використання його дає змогу відповісти на запитання задачі у процесі дослідження відповідного креслення, графіка, рисунка, схеми, фотографії тощо. До переваг цього прийому треба віднести наочність і лаконічність розв’язку. Розвивається функціональне мислення учнів, вони привчаються до точності і акуратності в роботі. У деяких розділах курсу фізики графічний прийом є одним із основних у процесі розв’язування якісних задач.
В сучасному курсі фізики середньої школи особлива увага приділяється графічному відображенню залежностей, існуючих між різними величинами. Наочність графічного методу дозволяє глибше зрозуміти функціональні залежності між фізичними величинами.
графічний спосіб розв’язування задач виділяється як самостійний. В курсі математики учні будували деякі графіки. Вони знають, що функціональні залежності між величинами можуть бути представленні графічно. В процесі розв’язування фізичних задач приходиться оперувати конкретними величинами (графіки шляху і швидкості рівномірного прямолінійного руху). При цьому графік може виступати засобом задання умови задачі, визначення її вимог, отримання співвідношень між вимогами та умовою задачі, додаткових співвідношень.
Структура графічного способу розв’язування фізичних задач виходить з розуміння графіка як форми вираження існуючої між величинами залежності. Поряд з графічною формою вираження залежності існують аналітична та таблична. Табличну будемо розуміти як проміжну між аналітичною і графічною формами, яка переводить аналітичну в графічну і навпаки. Першопочатковою формою є аналітична. Тому в основі графічного способу розв’язування фізичних задач лежить розуміння учнями процесу переходу аналітично заданої форми вираження залежності між величинами в графічну форму вираження залежності між тими ж величинами. Основні елементи такого процесу:
1)    виділення аналітичної форми залежності між величинами, яка повинна бути представлена графічно;
2)    визначення у виділеній аналітично представленій залежності незалежної і залежної змінних величин;
3)    перетворення аналітичної форми запису залежності в табличну (задання декількох значень для незалежної змінної і визначення відповідних значень для залежної змінної);
4)    вибір координатних осей;
5)    перетворення табличної форми вираження залежності в графічну (знаходження системи точок, що відображають послідовність станів, і за ними - графічної форми вираження залежності).
Розвинути в учнів правильне розуміння функціональних залежностей між величинами - важливе завдання вчителя фізики в школі. Цьому розвитку особливо сприяє застосування графічних зображень явищ і законів. побудова графіків:
1)    веде до значно більшої наглядності при вивченні фізичних явищ і закономірностей;
2)    є чудовим засобом для унаочнення важливої ідеї функціональної залежності двох змінних величин;
3)    запобігає в багатьох випадках математичним труднощам, що виникають при вивченні явищ, які характеризуються змінними величинами;
4)    знайомить учнів з методом дослідження і методом ілюстрації, широко використовується в різних галузях науки, техніки і практичному житті.
Тому графіки, починаючи з 7 класу, повинні застосовуватись при викладанні фізики значно більше, ніж це робиться на даний час. Учням потрібно постійно пропонувати читати графіки, розбиратися і знаходити в них всі характерні дані.
Для закріплення вивчених закономірностей, а також для контролю набутих учнями знань доцільно використовувати побудову схематичних графіків. У прямокутній системі координат, накресленій на чистому аркуші (або дошці), задають учням будь-які опорні точки і пропонують за цими даними накреслити криву, яка схематично відображала б ту або іншу фізичну закономірність. Від учнів вимагають уміти швидко від руки накреслити схематичний графік і сформулювати закономірність, яку він відображає.
Слід мати на увазі небезпеку того, що учні з перших уроків по механіці не будуть привчатися до того, щоб в кожній формулі бачити функціональні залежності між фізичними величинами, залежності, що відображають зв’язки між реально існуючими тілами та їх взаємодіями. Тому особлива увага повинна бути звернена на правильне розуміння функціональної залежності.
Говорячи про різні способи розв’язування задач, не можна обійти таке важливе питання, як графічне оформлення умови задачі, яке доцільно робити при користуванні будь-яким способом. Аналіз фізичного змісту задачі, який супроводжується графічним зображенням процесів, прагне створити перед учнями динамічну картину протікання явищ (процесів) і тим самим активізує їх мислення.
Наприклад, у деяких задачах з механіки розглядаються рухи тіл по одній прямій, але в різноманітних ситуаціях. Побудова відрізків прямої, які умовно зображають шляхи, пройдені тілами, допомагають усвідомити взаємозалежність розглядуваних величин.
Змалювання на графіках функціональних залежностей чисельних значень фізичних величин дозволяє учням краще зрозуміти, як одна фізична величина залежить від іншої, поступово створювати деякі уявлення про швидкість зміни функції, про її мінімум і максимум, середнє значення.
Автори багатьох методичних праць вважають, що рисунок, схема або графік, зроблені учнем самостійно, іноді дають більш правильне уявлення про його знання, ніж довге пояснення словами. А іноді тільки за рисунком вдається встановити, що саме і чому учень не зрозумів.
Часто, коли учень не розуміє змісту процесів, про які йдеться в умові задачі, учитель пропонує йому відповідний рисунок. У процесі його виконання учень може з’ясувати свою помилку в розумінні змісту задачі.
Правильний, тобто правильно виконаний учнем рисунок або графік, безперечно показує, що він розуміє умову і зміст задачі. При користуванні навіть схематичним рисунком удається певною мірою конкретизувати абстрактні фізичні поняття і процеси.
Рисунки можуть відігравати різку роль при розв’язуванні задач:
1)    як засіб наочності;
2)    рисунком можна задати умову задачі;
3)    вимірюючи певні елементи рисунка, можна визначити шукану величину (графічний розв’язок задач).
Насамперед зауважити потрібно те, що рисунок дасть потрібний ефект тільки тоді, коли він:
1)    правильно науково і графічно виконаний;
2)    чітко зображає основне, характерне для явищ заданої умови задач;
3)    дає таке схематичне зображення ходу процесів, що учні добре бачать і розуміють зображене і легко накреслюють у зошитах;
4)    виконаний точно і охайно, а його елементи композиційно розміщені відповідно до потреб зображуваного так, щоб займали мало місця на дошці (в зошитах).
Учні краще розуміють логічний аналіз умови задач, коли на дошці з’являється рисунок поступово, коли поява кожного його елемента супроводжується поясненням.
У цьому разі слово вдало поєднується з певними наочними образами, полегшується формування понять про фізичні процеси, взаємозв’язки між величинами, про принципи дії машин, приладів тощо. Поданий у готовому вигляді рисунок є таким самим складним комплексом взаємозв’язаних характеристик фізичного процесу, про який йдеться в умові задач, як і сам процес. Отже, у такому вигляді він дає значно менший ефект для розвитку мислення учнів при розв’язуванні задач.
1.3 Види графічних задач
Більшість графічних вправ і задач можна розділити на декілька груп: "читання" графіків, графічні вправи, розв’язання задач графічним способом. Застосуванням кожної із них переслідуються конкретні цілі.
Графічний спосіб розв’язування задач визначається їх змістом. Графічні задачі - це задачі, у яких графік входить в умову або вимогу. За функцією графіка в задачі виділяють декілька видів графічних задач :
1)    задачі, в умові яких графічно задається залежність між двома фізичними величинами або вимагається графічно виразити залежність між ними;
2)    задачі, що використовують графічну інтерпретацію фізичних процесів;
3)    задачі, в яких графічний спосіб задання залежності між величинами переводять в табличний або аналітичний і навпаки.
"Читання" графіків - це аналіз вже накреслених графіків, який відкриває широкі методичні можливості навчання.
По-перше, за допомогою графіка можна наочно уявити функціональну залежність фізичних величин, вияснити, в чому зміст прямої і зворотної пропорційності між ними, вказати, як швидко зростає чи спадає чисельне значення однієї фізичної величини в залежності від зміни іншої, коли вона досягає найбільшого і найменшого значень.
По-друге, графік дає можливість описати, як протікає той чи інший фізичний процес, дозволяє наочно показати найбільш істотні його сторони, звернути увагу учнів саме на те, що є найбільш важливим в явищі, яке вивчається.
По-третє, читання графіків може заключатися і в тому, що за накресленим графіком, який виражає фізичну закономірність, записується її формула. На жаль, графіки різних функцій по курсу математики вивчаються з деяким запізненням для потреб фізики. Це обмежує можливості виражати фізичну закономірність аналітично, виходячи з її графіка. Однак дещо в цьому відношенні зробити можна. Наприклад, на малюнку 3 дано графік швидкості руху автомобіля. Необхідно записати формулу швидкості автомобіля для цього випадку руху.
Із графіка видно, що в деякий момент часу (на графіку прийнятий за початковий), коли автомобіль вже мав швидкість  , він почав рухатись рівноприскорено. Відомо, що швидкість такого руху для будь-якого моменту часу визначається за формулою:  , де  - прискорення і  - час руху.
За графіком неважко визначити , що   дорівнює  . Так як прискорення дорівнює  , то  .
Тому швидкість руху автомобіля може бути виражена формулою:  .
При виконанні подібних завдань учень усвідомлює можливість отримати з графіка числові значення фізичних величин, необхідних для розв’язання практичної задачі; повторює і засвоює означення кінематичних величин (наприклад, прискорення) і формули кінематики (швидкості і шляху); взнає, що числові значення фізичних величин визначають характер графіка, що величина прискорення визначає нахил прямої до осі часу, а величина початкової швидкості - відрізок, що відсікається прямою на осі швидкості і т. д.
В результаті такого вивчення графіка вчитель повинен добитися розуміння учнями того, що фізична формула і графік – це два вираження однієї і тієї ж функціональної залежності числових значень фізичних величин, що формула і графік – це два способи вираження взаємної обумовленості реальних величин. При такому “читанні” деяких графіків можна і потрібно добиватися того, що фізика вивчає конкретні явища природи і зв’язку між ними, а формула або графік є своєрідна мова, за допомогою якої виражається кількісна сторона явища, що вивчається.
Графічні вправи можуть бути наступними: креслення графіка по табличним даним, на основі одного графіка побудова іншого, креслення графіка за формулою, що виражає фізичну закономірність. Ці вправи повинні виробляти в учнів навички побудови графіків і уміння насамперед зручно вибирати ту чи іншу вісь координат для незалежної і залежної змінних і мірило, щоб добитися найбільш можливої точності побудови графіка, а потім і підрахунків по ньому, розумно обмежувати себе розмірами креслення. Увагу учнів слід звернути на те, що по накресленому по точках графіку легко визначити і проміжні значення фізичних величин, не вказаних в таблиці. Врешті, при виконанні графічних вправ учні переконуються в тому, що графік, побудований за табличними даними, наочніше, ніж таблиця, ілюструє виражену ними залежність між числовими значеннями фізичних величин.
Побудова графіка за даними іншого графіка має ще й ту методичну цінність, що в цьому випадку графічна вправа переплітається з “читанням” графіка.
Побудова графіків без їх аналізу не дозволяє використовувати всі методичні можливості пов’язані з виконанням графічних вправ. Кожний накреслений графік повинен бути обговорений з учнями так, щоб, по-перше були чітко з’ясовані ті сторони фізичного явища, які з його допомогою відображені, і, по-друге, щоб він служив базою для обговорення з учнями й інших питань, що ведуть до більш глибокого вивчення фізичних явищ.
Нехай, наприклад, за табличними даними накреслено графік затухаючого коливання кульки, підвішеної на пружині. Він дає можливість обговорити наступні питання:
1)    яка частота коливань кульки, якщо на малюнку 4 відображені її коливання протягом 1/10 секунди;
2)    в скільки разів кожна наступна амплітуда коливання менша за попередню;
3)    чи однакова швидкість коливання кульки при її проходженні положення рівноваги;
4)    при найбільшому відхиленні від цього положення і т.д.
Якщо учень вміє накреслити схематичний графік, то він розуміє явище, оволодів прийомами графічного зображення фізичної закономірності. Це повинно бути критерієм оцінки його графічної грамотності в області зображення фізичних закономірностей. До досягнення такої грамотності і повинна бути напрямлена педагогічна майстерність учителя, так як вона сприяє засвоєнню учнями фізики.




Розділ ІІ. МЕТОДИЧНІ ОСНОВИ ВИКОРИСТАННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ЗАДАЧ З ФІЗИКИ
2.1. Характеристика експериментальних задач
Особливе місце при навчанні фізики відводиться фізичній задачі, особливо при практичному застосуванні матеріалу та при перевірці знань  учнів. Задачі дають матеріал для вправ, які вимагають застосування фізичних законів до пояснення певних явищ, які протікають в тих чи інших конкретних умовах. Тому вони мають велике значення для конкретизації знань учнів, для привиття їм уміння бачити різні прояви загальних законів. Без такої конкретизації знання учнів залишаються книжними, такими, що не мають практичної цінності.
Розв’язування задач допомагає більш глибокому та ґрунтовному засвоєнню фізичних законів, розвитку логічного мислення, ініціативи, волі та наполегливості до досягнення поставлених цілей, викликає інтерес до фізики, допомагає набуванню навиків самостійної роботи та служить незамінним засобом для розвитку самостійності у судженнях.
В процесі розв’язування задач на уроці інколи можна ввести нові поняття та формули, вияснити закономірності, підійти до викладу нового матеріалу. При розв’язуванні задач учні безпосередньо зіштовхуються із необхідністю застосовувати отриманні знання по фізиці в житті, краще усвідомлювати зв’язок теорії із практикою.
Розв’язування задач – одне із важливих засобів повторення, закріплення, перевірки та контролю знань учнів.
Що ж являє собою фізична задача? “Фізичною задачею” в навчальній літературі (на 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 ...”
Задачі у методичній літературі класифікуються за різними ознаками і, крім того, у різних авторів може бути різна класифікація. Але при порівнюванні різноманітних типів задач чільне місце належить експериментальній задачі, так як її можна використовувати не лише при перевірці знань учнів, а й як “проблему” яка задається при поясненні нового матеріалу.
До експериментальних задач відносяться такі фізичні задачі, постановка і розв’язання яких органічно зв’язана з експериментом: з різними вимірами, відтворенням фізичних явищ, спостереженням за фізичними процесами.
А. В. Усова до експериментальних задач відносить такі задачі, які не можуть бути розв’язані без постановки дослідів і вимірювань. Основне значення експериментальних задач полягає на її думку у формуванні і розвитку за їх допомогою вимірювальних умінь, вмінь працювати з приладами. Крім того, такі задачі розвивають спостережливість і сприяють більш глибокому розумінню сутності явищ, виробленні навичок будувати гіпотезу і перевіряти її на практиці. Експериментальні задачі демонструють дію фізичних законів і цим самим збуджують в учнів інтерес до фізики, виховують у них творчу ініціативу, розвивають здібності визначати основні особливості явищ і виділяти їх серед інших, прищеплювати смак до фізичного експерименту.
Експериментальним задачам належить вирішальна роль у формуванні експериментальних вмінь і навичок, в ознайомленні їх з основними елементами процесу пізнання: дослідними фактами і спостереженнями. З конкретним практичним використанням вивчених закономірностей учні зустрічаються при виконанні лабораторних робіт і на позакласних заняттях, але цього не достатньо. Вся робота учнів під час розв’язування  експериментальних задач підпорядкована досягненню свідомого і ґрунтовного засвоєння учнями систематичного курсу фізики, з тим, щоб здобуті знання вони змогли застосувати до розв’язання тих проблем, які перед ними поставить життя.
Проаналізувавши декілька методичних джерел по даній проблемі я побачив, що місце експериментальних задач у шкільному курсі фізики загальноосвітньої середньої школи визначається особливим значенням їх для активізації форм, методів навчально-пізнавальної діяльності учнів.
А. В. Усова по ролі експерименту виділяє такі види експериментальних задач:
¬¬– задачі в яких без експерименту неможливо отримати відповідь;
–    експеримент використаний для ілюстрації описаного явища;
–     експеримент використовується для перевірки отриманого результату.
Якщо в задачі описана знайома ситуація, то експеримент дозволяє визначати деякі фізичні величини і включати їх в умову задачі. При цьому зміст задачі, заданий невизначено, перетворюється в конкретний.
Якщо умова задачі описує нову для учнів ситуацію, то доцільно цю ситуацію задати експериментально. Якщо ж в задачі описується зміна стану тіла, то параметри одного з його станів теж можуть бути задані експериментально.
За змістом експериментальні задачі поділяють на кількісні та якісні.  До якісних належать такі задачі, які ставляться з використанням певних фізичних приладів чи установок і не потребують для свого розв’язання кількісних даних і математичних розрахунків. В таких задачах учень повинен  передбачити явище, яке спостерігається, або показати певне явище, пояснити його.
Способи завдання якісних  експериментальних задач можуть бути різноманітними. Наприклад, учням показують установку і запитують, що відбудеться, якщо виконати ті чи інші дії. У цьому разі задача зводиться до передбачення того чи іншого явища. В інших випадках може демонструватися явище, а учні повинні пояснити його природу, умови виникнення тощо.
Кількісними експериментальними задачами вважають такі, розв’язання яких здійснюється за допомогою математичної обробки даних, знайдених експериментально у процесі розв’язання, тобто уже після того, як задачу було поставлено.
Експериментальні задачі, на відміну від текстових, потребують більше часу на підготовку та розв’язок, а також наявності у вчителя та учня навичок до постановки експерименту. Однак розв’язання таких завдань позитивно впливає на якість викладання фізики. Із числа основних позитивних якостей експериментальних задач можна виділити наступні:
1.    Як і будь-який експеримент, експериментальні задачі, в значній мірі сприяють підвищенню пізнавальної активності учнів на уроці, розвитку інтересу до науки, логічного мислення, навчають аналізувати явища, змушують учня напружено думати, застосовуючи усі свої теоретичні знання і практичні навики, отримані на уроках.
Розв’язування експериментальних задач виховує в учнів прагнення активно пізнавати навколишній світ, спираючись на власні сили, отримувати нові знання.
2.    Експериментальні задачі є одним з ефективним засобів  боротьби з формалізмом в знаннях учнів. Працюючи над задачами такого типу, учні переконуються на конкретних прикладах, що їх шкільні знання повністю пристосовані до розв’язання практичних питань, що за допомогою цих знань можна передбачати фізичне явище, його закономірності і навіть керувати процесом проходження даного явища.
Таким чином, розв’язування експериментальних задач сприяє здобуттю учнями міцних осмислених знань,  набуттю умінь користуватися цими знаннями у практичному житті.
3.    Систематичне і послідовне застосування експериментальних задач у процесі навчання спричиняє формування у учнів правильного світосприйняття та переконаності у достовірності отриманих знань в об’єктивності фізичних законів, у тому, що експеримент має величезне значення у пізнанні оточуючого світу та розв’язку важких практичних задач.
4.    Систематичне і послідовне використання експериментальних задач у системі навчання фізики сприяє формуванню наукового світогляду учнів, їхнього діалектичного і фізичного мислення.
Поєднання розв’язування фізичних задач з експериментом, що й спостерігається в експериментальних задачах, дає можливість учням щоразу впевнюватись в об’єктивності фізичних закономірностей, в тому, що практика є критерієм істинності людських знань, їхньої дієвості.
У процесі розв’язування експериментальних задач учні виявляють взаємозв’язки між фізичними явищами, їхню взаємозумовленість, що також надзвичайно важливо для формування світогляду.
5.    Експериментальні задачі дають можливість розвивати пізнавальні здібності учнів, навчають їх ставити мету експерименту, планувати хід виконання і виконувати експеримент практично, робити відповідні висновки, що відтворює процес пізнання людиною навколишнього світу.
6.    Самостійне розв’язування учнями експериментальних задач спричиняє активне отримання умінь та  навиків дослідницького характеру, розвиток творчих здібностей. Тут учням потрібно не лише складати план розв’язку задачі, але й визначати способи отримання деяких даних, самостійно збирати установку і навіть “конструювати” потрібні прилади для відтворення того чи іншого явища.
7.    Розбір  експериментальних задач виховує у учня критичний підхід до результатів вимірювання, звичку звертати увагу на умови, при яких проводиться експеримент. На практиці, вони переконуються, що результати вимірювань завжди наближені, що на їх точність впливають різні причини. І тому, проводячи експеримент, необхідно прибрати всі сторонні впливи.
8.    Експериментальні задачі допомагають учням краще розв’язувати розрахункові задачі, розв’язання яких часто зводиться до підстановки чисел, даних в умові, в формулі, без вияснення фізичного змісту задачі. Експериментальні задачі звичайно не мають всіх даних, необхідних для розв’язання. Тому учню потрібно спочатку осмислити фізичне явище або закономірність про яку йдеться у задачі, виявити які дані йому потрібні; придумати способи та можливості їх визначення і тільки на заключному етапі підставити у формулу.
9.    Систематичне і обґрунтоване з погляду методики використання експериментальних задач підвищує загальну культуру учнів, формує в них потребу в самостійних дослідженнях як теоретичних проблем, так і суто практичних.
Отже, підсумовуючи усе вище сказане, можна зробити висновок, що експериментальні задачі сприяють розвитку інтересу до науки фізики; формують науковий світогляд учнів; навчають аналізувати явища, змушують думати і діяти, ґрунтуючись на теоретичних та практичних знаннях.

2.2. Методика розв’язування експериментальних задач
Кожна експериментальна задача з фізики є особливою. Тому розв’язання будь-якої експериментальної задачі потребує ретельної і різнобічної підготовки. Експеримент, що ставиться у процесі розв’язування цього типу задач, повинен задовольняти всі вимоги, що ставляться до навчального фізичного експерименту.
Виходячи із цього, весь процес розв’язання експериментальної задачі можна умовно поділити на чотири основних етапи:
1.    підготовчий;
2.    дослідний;
3.    реалізуючий;
4.    підсумковий.
Кожному етапу відповідає певний психічний стан учня, який може бути створений вчителем за допомогою різних дидактичних матеріалів.
Перший етап передбачає ознайомлення з умовою задачі, в якій є твердження і вимоги, а також перелік приладів, які потрібні для виконання експерименту. На цьому етапі учні пригадують означення шуканих фізичних величин, які властивості тіл чи які явища вони характеризують, визначають зв’язок їх із іншими фізичними величинами та записують відповідні формули.
На другому етапі розробляють теоретичний шлях розв’язування задачі і складають план виконання досліду. Далі з наявного обладнання учні добирають потрібні для виконання досліду прилади і предмети, визначають ціну поділок вимірювальних приладів і межі вимірювань, вибирають спосіб вимірювання і формулу, яка йому відповідає. Потім, виконавши в разі потреби схематичний малюнок установки, складають установку і перевіряють її дію, визначаючи найефективніші умови для дослідження.
Третій етап – це виконання досліду. При цьому учням повідомляють експериментальне встановлені дані, яких бракує в задачі. Встановивши кількість потрібних вимірю¬вань, складають таблицю, в яку заноситимуть значення величин, і виконують вимірювання. Водночас учні демон¬струють свої уміння користуватися вимірювальними при¬ладами. В робочу формулу підставляють середні значення даних експерименту і визначають шукану величину.
На четвертому етапі учні аналізують і перевіряють до¬стовірність знайдених результатів, визначають похибки і роблять висновки.
Розглянемо таку задачу:
«Визначити   період коливань  пружинного  маятника».
Обладнання: пружина від відерця Архімеда, масштабна лінійка, штатив з лапкою, цвях, тягарець неві¬домої маси з гачком.
Ознайомившись з умовою задачі, учні пригадують означення періоду коливань і одиниці його вимірювання та які явища чи властивості тіл характеризує ця величина.
Далі учні з'ясовують зв'язок, періоду коливань Т пру¬жинного маятника з його масою   і жорсткістю пружини  , частотою коливань  , часом коливань t і числом коливань N за час t.
На другому етапі розв'язання, враховуючи наявне об¬ладнання, розглядають теоретичний шлях визначення пе¬ріоду коливань пружинного маятника за формулою
Т=2 ,                                                              (1)
де m – маса маятника, k – коефіцієнт жорсткості пружини.                              Скориставшись законом Гука  , знайдемо  , де F – модуль пружної сили, яка виникає в деформованій пружині,   – модуль видовження пружини (F  і   ви¬значають тоді, коли маятник перебуває в стані рівноваги). Масу маятника знаходять із таких міркувань: у стані
рівноваги сила тяжіння тg, що діє на маятник, зрівноважується пружною силою  F. Отже, модуль сили тяжіння дорівнює модулю пружної сили
.
Оскільки  , то можна записати, що  .
Підставивши значення маси в рівняння (1), знаходимо робочу формулу:
Т=2 .                                  (2)
Далі складають установку (див. малюнок) і план виконання досліду.
На третьому етапі лінійкою вимірюють початкову дов¬жину пружини l1. Потім, підвісивши до пружини тягарець, вимірюють довжину розтягненої пружини l2 і знаходять модуль видовження її  . Дані вимірювань заносять у таблицю:

№ п/п    Початкова довжина пружини    Довжина деформації пружини    Видовження пружина
1
2
3
4
Середнє значення           

Знайшовши середні значення l1 і l2, визначають

На четвертому, завершальному, етапі визначають по¬хибки, аналізують розв'язання і пояснюють, якими зовніш¬німи впливами були зумовлені похибки. (На цьому етапі можна запропонувати визначити період коливання за допомогою секундоміра, порівняти знайдені дані і зробити висновки про точність експерименту.)
Слід звернути увагу на те, що до розв'язування експериментальних задач ставляться такі вимоги:
1) на підставі аналізу змісту задачі знайти ра¬ціональніші розв'язки;
2) правильно скласти установку;
3)  врахувати конкретні  умови проведення експерименту;
4) уникнути шкідливих впливів або звести їх до мінімуму;
5) проаналізувати знайдені результати;
6) в окремих зада¬чах розглянути конкретні випадки, що випливають із за¬гального розв'язку;
7) результати вимірювань виразити двома або трьома значущими цифрами. (Більше значущих цифр утруднить визначення остаточного значення шуканої величини. Результати з однією значущою цифрою дуже наближені, і їх слід уникати.)
Особливою ознакою експериментальних задач є те, що на їх розв'язування витрачає¬ться більше часу, ніж на текстові або графічні задачі. Це пов'язано з експериментом і виконанням вимірювань. Але ці витрати часу компенсуються педагогічною цінністю експе¬риментальних задач. Складаючи установку за схемою, учні вчаться застосовувати знання у користуванні вимірювальними прила¬дами і технічними пристроями; працювати самостійно.
Отже, для будь-якої експериментальної задачі існує методика її розв’язування, а також ставляться певні вимоги (перелічені вище), яких потрібно дотримуватись, щоб досягти бажаного результату.

2.3 Використання експериментальних задач на різних етапах уроку
Розв’язувати експериментальні задачі доцільно на уроках різних типів.  Місце їх у кожному конкретному випадку визначається логікою структури уроку і його дидактичними цілями. О. І. Богатирьов виділив такі типи уроків:
1. Вивчення нового навчального матеріалу. Експериментальні задачі можна використовувати в різних аспектах: на початку уроку – для висування проблеми і збудження пізнавальної активності; у ході уроку – при вивченні фізичних властивостей тіл або речовин і дослідження закономірностей; у кінці уроку – для закріплення нових знань.
2. Закріплення нових знань. На цьому уроці експериментальні задачі також можна використовувати на різних його етапах з тим, щоб навчити учнів застосовувати свої знання для розв’язування практичних завдань, або вивчити будову і принцип дії приладу та уміти застосовувати знання на практиці.
3. Узагальнення і поглиблення знань. На таких уроках  розв’язання експериментальних задач організовують для конкретизації змісту, фізичних понять і встановлення нових зв’язків між фізичними величинами, для відшукання нових методів вимірювання  фізичних величин і встановлення нових відомостей про вивчене явище.
4. Контроль і облік знань. На уроках цього типу розв’язування експериментальних задач допоможе перевірити уміння учнів застосовувати знання в знайомих і незнайомих ситуаціях, аналізувати факти і критично підходити до результатів фізичного експерименту. На уроках контролю і облік знань учнів, як і на уроках узагальнення і поглиблення знань, розв’язуванню експериментальних задач можна присвятити значну частину уроку і навіть весь урок. При цьому доцільно розв’язувати складніші задачі, зокрема комбіновані, які вимагають знань з різних розділів курсу фізики.
Експериментальні задачі можуть ставитись як в урочний, так і в позаурочний час, але урок є основною формою організації навчальних занять, і тому особливо важливо здійснювати постановку експериментальних задач на уроці.
Експериментальна задача може бути поставлена в різні моменти уроку: при викладенні нового матеріалу, при його первинному закріпленні, при розв’язуванні задач, при опитуванні учнів.
1.    Постановка експериментальних задач у процесі викладу нового матеріалу, тобто коли зміст  експериментальної задачі органічно входить у тему уроку. Використання експериментальних задач при формуванні нових понять, встановленні певних закономірностей конкретизує навчальний матеріал, сприяє більш свідомому і глибокому його розумінню і засвоєнню.
Здійснюючи постановку експериментальних задач у процесі пояснення нового матеріалу необхідно пам’ятати, що основною метою уроку є одержання нової інформації, а задача є способом досягнення цієї мети. 
2.    Постановка експериментальних задач у процесі закріплення матеріалу. Такі задачі допомагають не лише виявити глибину засвоєння матеріалу, рівень розуміння фізичних явищ, а й показати можливості застосування вивченого явища для розв’язування практичних питань. Оскільки на уроці просто не можливо відвести багато часу на закріплення матеріалу, то задачі на цьому етапі повинні бути простими за своїм змістом та експериментом.
3.    Постановка експериментальних задач при опитуванні дає можливість виявити, наскільки правильно, глибоко та свідомо учні засвоїли раніше вивчений матеріал. При постановці таких задач у ряді випадків учні повинні самостійно підібрати необхідні прилади і матеріали.
4.    Особливо плідним може бути використання експериментальних задач для створення проблемних ситуацій на уроках фізики.
Проблемний досвід – це такий експеримент, який виявляє невідповідність між наявними в учнів знаннями і тими вимогами, які висуваються у процесі розв’язування нових навчальних завдань.
Існують певні групи проблемних ситуацій, в яких можуть бути застосовані експериментальні задачі:
а) Перед учнями демонструють явища (властивість або процес). Учні повинні сформулювати запитання, що виникають в ході досліду. Проблемою є причина, походження або пояснення цього явища.
б) Учні спостерігають дослід, в якому показують залежності між фізичними величинами, що характеризують відоме учням явище. Знайомі учням і самі величини. Проблемою є встановлення залежностей між величинами.
в) Учитель показує зміст досліду, його схему і використовувані прилади. Учень повинен передбачити результати досліду і зробити висновки з пояснення учителя. Після обговорення розв’язують задачу.
г) Проблемні ситуації, які передбачають конструювання досліду. Пропонується набір приладів і формулюється мета. Учні самостійно складають установку і шукають відповіді на запитання задачі.
д) Експериментальні задачі, які виявляють суперечності у знаннях учнів і спостережуваних явищах
5.    Дуже корисні 15-20 хвилинні вправи учнів по розв’язуванню експериментальних задач подальшим їх розбором та виясненням причин допущених помилок. Їх можна давати на будь-якому етапі уроку. Доцільно також проводити самостійні та контрольні роботи протягом теми у вигляді кількох експериментальних задач, при чому бажано розробити декілька варіантів, щоб забезпечити максимальну самостійність при розв’язанні.
6.    Дуже цікавими та привабливими для учнів є домашні експериментальні задачі. Їх можна давати як для усього класу, так і  індивідуально для окремого учня. Пропоновані домашні завдання повинні відповідати можливостям учня, розвивати інтерес до фізики й техніки, пробуджувати творчу думку та інтерес до винахідництва, а виконання експерименту обов’язково повинно закінчуватися успіхом.
Для повної реалізації можливості домашнього експерименту його слід використовувати в навчальному процесі систематично, а завдання мають бути різноманітними. Змістовні експериментальні задачі з фізики вперше були запропоновані ще в 1934/35 навчальному році С.Ф. Покровським. Як вважає всі домашні експериментальні завдання повинні містити осмислену, регламентовану послідовність дій за вказівкою вчителя чи власним  планом учня і бути такими, щоб учні не витрачали багато часу на їх виконання.
6. Розв’язування складних експериментальних задач на позакласних та факультативних заняттях, при проведенні фізичних олімпіад у наукових учнівських товариствах, у класах з поглибленим вивченням фізики.
Так на основі розв’язання експериментальних задач на заняттях гуртка або факультативі можна з’ясувати ознаки фізичного явища чи нові закономірності невідомі учням програмного матеріалу.  
7. Розв’язування задач із цікавим змістом, задач-парадоксів. Даний тип задач широко використовується під час проведення фізичних вечорів та інших масових заходів.
Аналізуючи усе вище сказане, можна зробити висновок, що експериментальну задачу доцільно використовувати на різних етапах уроку: на початку уроку – для висунення проблеми і збудження пізнавальної активності учнів; у ході уроку – при вивченні фізичних властивостей тіл або речовин і дослідження закономірностей; у кінці уроку – для закріплення нових знань.
Добираючи задачі для розв’язання слід ретельно проаналізувати кожну з них з точки зору виховних та освітніх аспектів уроку, а також логічно вписувати їх в структуру уроку. При цьому треба з’ясувати, який прийом постановки даної експериментальної задачі забезпечить максимальну активність учнів та ефективність уроку, в чому суттєве значення досліджуваного питання, які якісно нові знання зможуть учні здобути, розв’язуючи запропоновану задачу. Також необхідно врахувати вік учнів, їх психологічні особливості та рівень знань з фізики. Експериментальні задачі дають ефект тоді, коли учні достатньою мірою володіють відповідним матеріалом

Висновок
В даному дослідженні висвітлена методика розв’язування графічних та експериментальних задач в шкільному курсі фізики. Опрацювавши літературу і провівши аналіз використання графічних та експериментальних задач, я дослідив всі позитивні і негативні сторони графічного методу розв’язування задач. У даній роботі я прагнув відобразити роль графічних та експериментальних задач, оскільки є такі задачі, де доцільно використовувати лише графічний метод, або експериментальний, але є й такі, в яких їх потрібно поєднати, що дасть учням можливість краще зрозуміти матеріал. Сам же графічний метод досить доцільний при розв’язуванні задач, тому що зображення на графіках функціональних залежностей чисельних даних фізичних величин дозволяє учням краще зрозуміти, як одна фізична величина залежить від іншої.
Розв’язування експериментальних задач сприяє заохоченню дітей до роботи із експериментом, що є також дуже важливо.
Проблема методики розв’язування графічних задач ще не досліджена настільки широко, як інші. Дослідження необхідно продовжувати на практиці, і впроваджувати в життя вже набуті знання і досвід інших учителів. Стосується це також проблеми методики розв’язування експериментальних задач.
На основі результатів проведеного дослідження можна зробити наступні висновки:
1) у методичній літературі звертається мало уваги на проблему графічного розв’язування та трохи більше на задачі експериментального типу.
2) у процесі використання розробленої методики підвищується якість засвоєння навчального матеріалу і розвиваються розумові і практичні здібності учнів.

Література
1.    Бугаев А.И. Методика преподавания физики в средней школе. – М., “Просвещение”, 1981.
2.    Вальківська В.М., Воронецька Л.В. Фізика. Вступникам до вузів. – К., “Вища школа”, 1977.
3.    Гончаренко С.У. Фізика Методи розв’язування задач. – К., “Либідь”, 1996.
4.    Гончаренко С.У. Фізика. Пробний підручник для 9 класу. – К., “Освіта”, 1997.
5.    Гурский И.А. Элементарная физика с примерами решения задач. – М., 1973., 368 с.
6.    Знаменский П.А. Методика преподавания физики в средней школе. – М., “Учпедгиз”, 1995.
7.    Іванов О.С. Задачі з фізики в середній школі. Методичний посібник для вчителів. – К., “Радянська школа”, 1971.
8.    Івах І.В., Кікець М.Г., Климишини М.А. Методика розв’язування задач з фізики. – К., “Радянська школа”, 1966.
9.    Каменецкий С.Е., Орехов В.П. Методика решения задач по физике в средней школе. – М., “Просвещение”, 1971.
10.    Корсак К.В. Фізика: 25 повторювальних лекцій. Навчальний посібник. – К., “Вища школа”, 1994, 431 с.
11.    Коршак Е.В., Лятенко А.И. Основы кинематики. Основные понятия и методы решения задач. – К., “Курс”, 1995, 60 с.
12.    Криськов Ц.А., Губанова А.О. Розв’язування задач з фізики. –Кам.-Под., 1997.
13.    Методика преподавания физики в восьмилетней школе. /Под ред. Орехова В.П., Усовой А.В. – М., “Просвещение”, 1976.
14.    Мякишев С.П., Осанова Т.Н. Пособие по физике. Учебное пособие для подготовительных  отделений вузов. – М., “Высшая школа”, 1981, 391 с.
15.    Основы методики преподавания физики в средней школе. /Род ред. Пьорышкина А.В., Разумовского В.Г., Фабриканта В.А., – М., “Просвещение”, 1984.
16.    Резников Л.И. Графические упражнения и задачи по физике. – М., “Просвещение”, 1950.
17.    Резников Л.И. Графический метод в преподавании физики. – М., “Учпедгиз”, 1960.
18.    Розв’язування задач з фізики. Практикум. /За ред. Коршака Є.В., – К., “Вища школа”, 1986.
19.    Рымкевич А.П. Сборник задач по физике для 8-10 классов средней школы. – М., “Просвещение”, 1987.
20.    Савельев И.Вю Курс физики. Учеб.: в 3-х т. Т.1. Механика. Молекулярная физика. – М., “Наука”, 1989, 352 с.
21.    Самсонова Г.В. Вивчення законів динаміки в школі. Посібник для вчителів. – К., “Радянська школа”, 1987.
22.    Самсонова Г.В. Методика викладання кінематики. Посібник для вчителів. – К., “Радянська школа”, 1987.
23.    Соколов И.И. Методика преподавания физики. – М., “Учпедгиз”, 1959.
24.    Усова А.В., Тулькибаева Н.Н. Практикум по решению физических задач. Учебное пособие для студентов физико-математических факультетов. – М., “Просвещение”, 1992, 208 с.
25.    Усова А.В. Формирование у школьников научных понятий в процесе обучения. – М., “Педагогика”, 1986.
26.    Шапіро А. Гармонічні коливання. 9 клас. // Фізика №11 (95), квітень, 2001.

 

Яндекс.Метрика >