Развитие продуктивного мышления школьников через решение экспериментальных задач по физике



В данной статье рассматриваются особенности использования экспериментальных задач в курсе физики средней школы, показывается их влияние на развитие продуктивного мышления школьников, приводятся примеры применения экспериментальных задач в 7 классе.

Ключевые слова: экспериментальные задачи, продуктивное мышление

Продуктивное мышление играет немаловажную роль в жизни каждого человека. После окончания школы учащиеся забывают многие из полученных знаний, но способность выдавать новые идеи, делать выводы, усовершенствовать механизмы сейчас наиболее ценится в вузах и предприятиях. Именно креативность, построенная на продуктивном мышлении, сейчас является залогом востребованности специалиста. Поэтому задача школы помочь учащемуся развивать продуктивное мышление, как во внеурочной системе, так и на уроках, особенно уроках физико-математического цикла, технологии.

Понятие «продуктивное мышление» впервые было введено М. Вертгеймером в свое работе «Продуктивное мышление». По его мнению, именно продуктивные мыслительные процессы следует «называть подлинными, красивыми, ясными, продуктивными». [1, с. 269]

Мыслительные операции и процессы, происходящие при продуктивном мышлении «не случайны, не хаотичны, а относятся к целостным характеристикам» [1, с. 269], а значит должны быть сформированы в последовательной логике системы уроков, соответствующих каждому из классов изучения предмета. Причем в процессе знакомства с новыми величинами, с новыми типами задач, мы должны систематически возвращаться к таким задачам, которые ведут к развитию продуктивного мышления, т. к. «мышление теоретически есть не что иное, как функционирование механических ассоциативных связей, привычек, приобретенных в результате повторения». [1, с. 168].

Решение экспериментальных задач всегда связано с рядом трудностей. Это и несформированность умения работать часто с простым лабораторным оборудованием, и неумение оценить и выбрать наиболее простой или наиболее красивый из способов решения, незнание способов оценивания точности проведенного измерения, а часто, преодоление себя, привычки получать все необходимые данные из текста задачи, а не через эксперимент. Экспериментальные задачи все чаще встречаются в школьном курсе физики. Их можно теперь встретить не только на втором туре областных и всероссийских олимпиад. С переходом на ФГОС ООО экспериментальные задачи возвращаются в программу физики средней школы, как одно из направлений для развития продуктивного мышления школьников.

«Подобно тому как задача — проблемная ситуация — в ходе продуктивного мышления не является чем-то замкнутым в себе, но ведет нас к решению, к структурному завершению, даже задача с полученным решением часто не является завершенной вещью в себе. Она снова может функционировать как часть, которая заставляет нас выйти за ее пределы, побуждает рассматривать, осмысливать более широкое поле». [1, с. 179] Осознавая решение одного из видов, учащийся сталкиваясь с подобной ситуацией, уже не испытывает трудностей с анализом и решением. Одной из важных черт продуктивного мышления является «способность переноса знаний и умений в новую ситуацию, видение новой проблемы в знакомой и нестандартной ситуациях, т. е. умение отделять специфический аспект проблемы от неспецифического, переносимого в другие области». [2, с. 11] Поэтому необходимо учить принципам решения экспериментальных задач.

К экспериментальным задачам относятся такие физические задачи, постановка и решение которых органически связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами и т. п. [3, c. 5]

Задача учителя не столько объяснить возможные способы решения экспериментальных задач, сколько познакомить учащихся с существующими видами подобных задач, показать особенности решения каждого вида. «Способ решения, его основные особенности, трудности решения выступают как части большой расширяющейся области. Здесь функции мышления не ограничиваются только решением конкретной задачи, мыслящий человек совершает открытия, обнаруживает более глубокие вопросы». [1, с. 178]

Каждый вид экспериментальных задач имеет свои особенности, поэтому необходимо знакомить учащихся именно с особенностями присущими не каждой отдельной задаче, а каждому виду. Разбор экспериментальных задач приучает критически подходить к результатам измерений, учит обращать внимание на условия, при которых производится эксперимент. Экспериментальные задачи помогают лучше решать расчетные, так как при решении экспериментальных задач ученику приходится сначала осмыслить физическое явление или закономерность, выявить, какие данные ему нужны, продумать способы и возможности их определения, найти их и только на заключительном этапе уже вполне осмысленно подставить в формулу.

Так, условно можно выделить задачи следующих видов: качественные и количественные. В решении качественных задач отсутствуют числовые данные и математические расчеты. В этих задачах от учащегося требуется или предвидеть явление, которое должно совершиться в результате опыта, или самому воспроизвести физическое явление с помощью каких-либо приспособлений. При решении количественных задач, как правило, сначала производят необходимые измерения, а затем, используя полученные данные, вычисляют с помощью формул ответ задачи. Кроме того, можно выделить:

1. Задачи, в которых для получения ответа приходится либо измерять необходимые физические величины, либо использовать паспортные данные приборов, либо экспериментально проверять эти данные.
2. Задачи, в которых ученики самостоятельно устанавливают зависимость и взаимосвязь между конкретными физическими величинами.
3. Задачи, в условии которых дано описание опыта, а ученик должен предсказать его результат.
4. Задачи, в которых ученик должен с помощью данных ему приборов и принадлежностей показать конкретное физическое явление без указаний на то, как это сделать, или собрать электрическую цепь. Сконструировать установку из готовых деталей в соответствии с условиями задачи.
5. Задачи на глазомерное определение физических величин с последующей экспериментальной проверкой правильности результата.
6. Задачи с производственным содержанием, в которых решаются конкретные практические вопросы. [3, с. 7]

Можно выделить задачи по разным разделам курса: механика, электростатика, оптика. Так же, как и расчетные, экспериментальные задачи можно разделить на простые (учебные) и сложные. Приведем примеры простых учебных экспериментальных задач, которые возможно использовать в курсе физики 7 класса.

Задача 1.

Определить толщину волоса, тонкой нити длиной около 1 метра имея линейку.

Возможное решение.

Задача решается методом рядов. Намотать плотно в один слой на линейку нить, считая количество витков. Чем больше будет витков, тем точнее будет определена толщина.

Рис. 1. Намотка нити

Задача 2.

Поднять картофелину со дна сосуда наполненного водой и определить ее плотность, используя мензурку с водой, картофелину, чайную ложку, соль, если известно, что в чайную ложку помещается соль массой 12 г.

Возможное решение.

Картофель тонет в пресной воде и всплывает в соленой. Воспользуемся этим свойством.

mg = F_a

ρ_к gV = (ρ_вод +ρ_соли) gV

ρ_к=ρ_вод +ρ_соли

ρ_к=ρ_вод + _соли

Ход работы:

1. Добавляя соль в воду добиться, чтобы картофелина всплыла, считая необходимое для этого количество ложек соли. Вычислить массу соли.
2. Измерить объем соли по разнице подъема воды в мензурке.
3. Вычислить плотность картофелины.

Рис. 2. Плавание картофеля в соленой воде

Задача 3.

Измерить расстояние от дома до школы зная длину своего шага.

Возможное решение.

1. Считаем количество шагов n от дома до школы.
2. Определяем расстояние

S= l_шага·n

Задача 4.

Измерить площадь школьного спортзала, если есть секундомер и метровая линейка. Линейку закрепить на полу (перекладывать нельзя).

Возможное решение.

1. Измерить скорость ходьбы или бега. Для этого использовать метровую линейку и секундомер v = 1 м / t
2. Измерить время перемещения учащегося вдоль каждой из двух смежных стен. Вычислить длины стен a = vt₁ и b = vt₂
3. Вычислить площадь. S= ab

Задача 5.

Определить плотность неизвестной жидкости, с помощью груза, динамометра, стакана с водой. [4, с. 30]

Возможное решение.

Поскольку есть стакан с известной жидкостью (с водой) будем использовать действие в жидкости выталкивающей силы (силы Архимеда).

В воздухе на тело действует сила тяжести.

В воде — сила тяжести mg и сила Архимеда Fа. Вес тела в воде.

Р_вод = mg-Fа вод

Р_вод = mg-ρ_водgV(1)

Вес тела в неизвестной жидкости:

Рх= mg-Fа_х

Рх = mg-Ƿ_хgV(2)

Перепишем выражения 1 и 2 в следующем виде

Ƿ_водgV= mg-Р_вод(3)

Ƿ_хgV = mg-Рх(4)

Поделим выражение 3 на выражение 4

После преобразования получим

Выведем выражение для нахождения плотности:

(5)

Т. е. для нахождения плотности неизвестной жидкости достаточно измерить вес тела в воздухе, в воде и в неизвестной жидкости.

Ход работы:

1. Определить Р вес тела в воздухе.
2. Определить Р_вод вес тела в воде.
3. Определить Р_х вес тела в неизвестной жидкости.
4. Вычислить плотность жидкости, используя формулу 5

Рис. 3. Определение веса в воздухе и воде

Задача 6.

Определить плотность майонеза или кетчупа в гибкой упаковке.

Возможное решение.

На упаковке ищем надписи масса и объем майонеза.

Рис. 4. Упаковка майонеза с указанием массы и объема продукта

Литература:

1. Вертгеймер М. Продуктивное мышление: Пер. с англ. / Общ. ред. С. Ф. Горбова и В. П. Зинченко. М. Прогресс. 1987.
2. Глебова М. В. Психолого-педагогические условия развития продуктивного мышления старшеклассников в процессе обучения: Дис. канд. пед. наук: 13.00.01, 19.00.07: СПб., 2000 270 c. РГБ ОД, 61:01–13/1775–8
3. Антипин И. Г. Экспериментальные задачи по физике в 6–7 классах. Пособие для учителя. М., Просвещение. 1974.
4. Кабардин О. Ф., Орлов В. А. Экспериментальные задания по физике: учебное пособие для учащихся общеобразовательных учреждений. М. Вербум. 2001.