В статье автор рассматривает проблему формирования творческого мышления обучающихся на занятиях по физике средствами решения нестандартных задач.
Ключевые слова: эвристика, эвристическое мышление, операции эвристического мышления.
Современное общество непрерывно ставит перед собой и решает задачи разной степени сложности, постоянно требует новых открытий в технической, культурной, социально-экономической сферах человеческой деятельности. С развитием науки и техники становится понятно, что научный, культурный, социальный и технический прогресс нуждается в большем количестве подготовленных, творческих людей. Таким образом, умению выявлять и решать проблемы, нестандартно мыслить, создавать новые продукты (интеллектуальные, материальные, культурно-эстетические) необходимо и нужно как учиться, так и учить, что, как показывает педагогический опыт, практически реализуется с помощью эвристических методов обучения.
Цель статьи заключается в раскрытии содержания подготовки учителя к развитию и формированию эвристического мышления обучающихся путем решения нестандартных задач на занятиях по физике.
Отталкиваясь от мыслей В. И. Андреева, Ю. Кулюткина, В. Н. Пушкина эвристическое мышление нужно понимать как сложный, активный, многогранный процесс, направленный на решение новых проблем, методы достижения которого неизвестны субъекту мышления. Основой эвристического мышления являются эвристические размышления, стратегии и гипотезы, которые являются объективно или субъективно новыми. Объективная новизна заключается в получении нового результата решения задачи, который к моменту его открытия не был известен в обществе, субъективная — заключается в выявлении нового результата для человека, который его получил, но находится в научном багаже человеческого опыта (методы решения задачи неизвестные для субъекта, который находится в процессе их поиска).
Конкретными случаями эвристических суждений являются эвристические операции: редукция, индукция, аналогия, обобщение, специализация, симметрия, инверсия, сравнение, характеристики которых подробно представлены в таблице 1.
Таблица 1
Операции мышления
|
№ п/п |
Операции мышления |
Характеристика задачи |
|
1 |
редукция |
операция возведения сложной задачи к более простой или системы простых задач, решение которых позволяет вернуться к успешному и сознательного поиска алгоритма решения поставленной задачи |
|
2 |
специализация |
предусматривает выделение в задаче более доступной части, решение которой дает новую информацию о ее предмете и служит основой для новых суждений |
|
3 |
индукция |
умозаключение от единичных, частных случаев к общему выводу, от отдельных фактов к обобщению |
|
4 |
обобщение |
объединение многих предметов или явлений по какому общим признаком |
|
5 |
сравнение |
операция, заключающаяся в сопоставлении предметов и явлений, их свойств и отношений друг с другом с целью выявления общности или различия между ними |
|
6 |
аналогия |
операция, в которой на основе сходства некоторых признаков предметов и явлений делается вывод о сходстве остальных признаков |
|
7 |
симметрия |
от отношений между некоторыми объектами или частями целого, не меняется при перестановке объектов или отдельных частей |
|
8 |
инверсия |
заключается в выполнении действий, обращенных к исходным, если объект рассматривался извне, то в процессе инверсии он будет рассматриваться изнутри, если рассматривался вертикально, то следующее рассмотрение будет осуществляться в горизонтальном положении или под другим произвольным углом |
О развитии эвристического мышления учащихся, по мнению В. И. Андреева, указывает сформированность таких эвристических умений: независимость, критичность мышления; способность фантазировать, генерировать идеи, отстаивать свое мнение и преодолевать инерцию мышления, видеть противоречия и проблемы, применять знания и умения в новой ситуации, выдвигать гипотезы и оценочные суждения.
Одним из самых оптимальных способов развития эвристического мышления обучающихся на занятиях по физике является решение нестандартных задач, к которым относятся следующие: с частично неправильными данными в условии; на поиск причины происшествия (Почему, спрятавшись за дом, человек может услышать то, что происходит, но не может увидеть?); типа «Черный ящик» (по ходу лучей, входящих и выходящих из «черного ящика», определить, что в нем спрятано); исследовательского характера; решение которых связан с внедрением предложенной идеи (определение способа выявления степени спелости яблок с помощью воды); на опровержение заблуждения; на определение «Кто прав в споре?»; решения которых помогает ученикам овладеть методами познания; на поиск наиболее рационального (оригинального) способа решения; на совершенствование приборов, устройств, технологий; на выбор правильного ответа из нескольких и обоснование выбора; на сравнение технических устройств с целью выявления их преимуществ или устранения недостатков; на составление системы уравнений, поиска наиболее рационального способа их решения; задачи экспериментального и проблемного характера [6]. В таблице 2 приведены виды операций эвристического мышления и примеры нестандартных задач, которые его развивают и могут быть использованы учителем на занятиях.
Таблица 2
Примеры задач для развития мышления обучающихся
|
№ |
Операции мышления |
Условие задачи и методические рекомендации по ее решению |
|
1 |
индукция |
В плоскости расположено несколько одинаковых зубчатых колес, последовательность которых такова: первое колесо сцепляется со вторым, второе — с третьим и так далее. Последнее колесо сцеплено с первым. Будут вращаться колеса такой системы? Ответ обоснуйте [1]. Рисунки колес с обозначенными на них направлениями вращения позволяют установить, что система с 4 и 6 колес будет вращаться, система с 3 или 5 — нет. Итак, на основе индуктивного умозаключения можно сделать вывод: если количество колес парная — система вращается, если нет — остается неподвижной. |
|
2 |
аналогия |
Человек стоит на расстоянии a = 10 м от реки. На расстоянии b = 50 м от реки горит костра. Расстояние между перпендикулярами, которые соединяют прямолинейный берег реки с человеком и костром, равна l = 80 м. Человек бежит по берегу со скоростью v = 5 м / с до реки, зачерпывает ведро воды, затем бежит к костру и заливает его. Который минимальное время необходимое для этого, если время на зачерпывания воды и ее выливания на костер составляет t 0 = 8 с [4, c.19]. Для решения задачи используем оптико-механическую аналогию. Представляем, что в исходном положении человека находится источник света, граница между берегом и рекой выступает в роли зеркала, костер — точкой, через которую проходит отраженный луч. На основе положений геометрической оптики: прямолинейности распространения света и закона его отражения, а также принципа Ферма (свет распространяется таким путем, для прохождения которого требуется наименьшее время) выполняем рисунок и решаем задачу |
|
3 |
специализация |
Задача от барона Мюнхгаузена: «Когда моя любимая лошадь подворачивает ногу, я обычно взваливаю лошадь на себя, и мы продолжаем движение, но медленнее: когда я вверху, наша скорость 120 км/ч, а когда внизу — 30 км/ч. Чему равна наша средняя скорость, если: а) я еду полпути, а потом несу лошадь? б) я еду половину времени, а потом несу лошадь?» [5, с.6]. Для решения задачи ее условие необходимо переформулировать и отбросить ненужные факты. |
|
4 |
симметрия |
Две прямых пересекаются под углом α, двигаясь перпендикулярно друг другу со скоростями v и u. Определить скорость точки пересечения прямых. Две прямые, пересекаются между собой, состоят из множества точек, каждая из которых движется со скоростью v или u, точка, лежащая на пересечении прямых, движется одновременно с двумя скоростями. Ее определить можно по теореме косинусов [1, c.9]. |
|
5 |
редукция |
Два баллона вместимостью 3 л и 7 л наполнены соответственно кислородом под давлением 200 кПа и азотом под давлением 300 кПа при одинаковой температуре. В баллонах после их соединение образуется смесь газов с той же температурой. Определить давление смеси в баллонах. При решении задачи необходимо применять закон Дальтона: давление смеси газов равно сумме парциальных давлений составляющих газов. Его использование заставляет разбить нашу задачу на две простых: 1) задачу с кислородом, находящимся в первом баллоне, а затем в обоих одновременно; 2) задачу с азотом, находящегося во втором баллоне, а потом в обоих одновременно. В первой и второй задаче необходимо определить парциальное давление, а затем определить их алгебраическую сумму. |
|
6 |
сравнение |
Леонардо да Винчи в 1482 году во время исследования силы трения поставил пять вопросов. Зависит сила трения скольжения от: 1) площади соприкосновения поверхностей тел; 2) рода материалов; 3) силы, прижимающей одно тело к другому; 4) скорости движения одного тела по поверхности другого; 5) состояния поверхностей? На эти вопросы ученый ответил: 1) нет; 2) нет 3) да; 4) нет 5) так. В 1748 году известный математик Л. Эйлер дал на них такие ответы: 1) нет 2) нет 3) да; 4) да; 5) так. Кто из ученых был прав? [6, c.161] Учащиеся должны экспериментально проверить гипотезы, сравнить полученные результаты с результатами ученых и сделать собственные выводы. |
|
7 |
инверсия |
Водолаз рассматривает из-под воды предмет, находящийся почти над его головой на расстоянии 150 см от воды. Каким ему будет казаться расстояние от предмета в воде? [3, с.218] Чтобы определить кажущуюся расстояние от предмета к воде, систему нужно рассмотреть со стороны, а не снизу вверх, как указано в условии задачи. |
Решение вышеуказанных типов нестандартных задач, развивающих эвристическое мышление обучающихся, по мнению американского математика Д. Пойа должно осуществляться по алгоритму, адаптация которого к физической области знаний дает возможность выделить его фазы, которые представлены в таблице 3 и обеспечивает методологически правильный, последовательный и закономерный процесс решения нестандартных задач по физике.
Таблица 3
Алгоритм решения нестандартной задачи
|
Фаза решения |
Действия, которые необходимо выполнить в данной фазе |
|
Анализ условия задачи |
Определение типа задачи (на нахождение неизвестного, экспериментальные, доказательные, на строительство и т. п.); выделение составных частей условия; введение обозначений; определения неизвестных данных; построение графиков или выполнение рисунка. |
|
Построение плана решения задачи |
Сравнение задачи с теми, алгоритм решения которых известен; разбиение задачи на несколько простых; трансформирование условия; актуализация необходимых теоретических знаний; составление плана решении задачи |
|
Реализация плана |
Контроль за каждым шагом решения, проверка его доказательности |
|
Изучение полученных результатов (взгляд назад) |
Проверка результатов; поиск альтернативного способа решения задачи; изучение возможности использования полученных результатов или метода решения в других задачах |
Таким образом, эвристическое мышление должно стать основой развития творческого потенциала ученика, а его формирование при решении нестандартных задач по физике — практикой работы учителя.
Литература:
- Гельфгат И. М. 1001 задача по физике с решениями /И. М. Гельфгат, Л. Э. Генденштейн, Л. Кирик. — Харьков-Москва, 1996. — 592 с.
- Казанцева В. Ю. Решение учебных задач как фактор развития эвристического мышления учащихся: дис.... кандидата пед. наук: 13.00.01 / Виктория Юрьевна Казанцева. — Улан-Удэ, 2004. — 178 с.
- Методы решения физических задач. Методы моделирования и аналогий / Ю. Н. Галатюк, Я. Ф. Левшенюк, В. Я. Левшенюк, В. И. Тищук. — М.: «Основа: май иада +», 2007. — 144 с.
- Пойа Д. Как решать задачу / гл. ред. Ю. Львы. — Львов: «Квантор», 1991. — 225 с.
- 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, 1995. — 255 с.
- Шарко В. Д. Современный урок: технологический аспект: Пособие для учителей и студентов / В. Д. Шарко. — М.: СПД Богданова А. Н., 2007. — 220 с.
