Разработка заданий для учащихся по физике с целью создания ситуации выбора в учебном процессе

Под успеваемостью учащихся понимается степень достижения планируемых результатов обучения в широком смысле: полноты, глубины, сознательности и прочности знаний, сформированности навыков, умений, уровня овладения методами науки, развития познавательных и творческих способностей.

Учебный материал современных учебных курсов физики строится на основе фундаментальных теорий: классической механики, молекулярно-кинетической теории, электродинамики с элементами СТО и квантовой физики.

Любая теория содержит компоненты, факты, физические понятия, модели, законы и закономерности, теоретические выводы, эксперименты. Школьники должны это знать и уметь применять их при решении задач, тестов и лабораторных работ. Они должны понимать циклический характер развития научного знания:

Владение методами науки способствует развитию познавательной и творческой активности учащихся

В частности, важно усвоение следующих методов:

— наблюдение и систематизация фактов
— идеализация моделей
— метод модельных гипотез
— теоретический вывод следствий
— физический эксперимент

Степень соответствия выявляемых знаний учащихся и предъявляемых требований является главным критерием оценки успеваемости. Под требованиями к знаниям и умениям понимается (будем понимать) планируемый результат обучения, что должно быть усвоено в процессе изучения курса физики на каком уровне и какими умениями и навыками должен овладеть школьник категории уровня:

1. Знание фактов, понятий и принципов.
2. Применение знаний для решения несложных задач.
3. Интегрирование знаний для решения более сложных задач.

Или:

1) на уровне воспроизведения ;
2) на уровне применения по образцу ;
3) на уровне применения в измененной ситуации;
4) на творческом уровне, когда требуется объяснить незнакомое явление или создать новый алгоритм для решения задач.

Обычно активным обучением называют обучение, в котором совершается много действий в единицу времени: решается много задач, изучается большое количество учебного материала, запоминается много новых слов. Такое обучение далеко не всегда результативно: ученик, решивший много задач под руководством учителя, не способен к самостоятельному решению задач и к решению нестандартных задач; ученик, изучивший много параграфов учебника, не способен ответить на вопрос, требующий анализа всего материала в целом. В чем причина таких результатов? Видимо, возможна ситуация, когда выполнение большого количества действий не приводит к изменениям личности ученика, к изменениям в его деятельности, к его развитию. Необходимо, чтобы обучение затрагивало содержательные стороны личности ученика и его деятельности. “Только такое обучение, в котором устанавливается большое количество содержательных связей между понятиями, образуется система понятий, в которых ученик не только осваивает некоторую деятельность, но и выделяет её ориентировочную основу, а значит, может выполнять её самостоятельно в новой ситуации, в которой он отделяет себя от процесса обучения и поэтому становится субъектом обучения, а следовательно, может исследовать, конструировать - может называться активным процессом.”[2,с.68] Рассмотрим условия, обеспечивающие активность процесса обучения.

Опираясь на результаты методологических и психологических исследований, необходимо конструировать ситуации рефлексии в процессе обучения. Без рефлексивной позиции – активности ученика в обучении не может быть.

Рассмотрим процесс изучения курса физики:

Физическая лаборатория на уровне явления предстаёт в виде отдельных возможностей, например, в лаборатории можно измерить вес тела, ускорение его движения. Лаборатория фиксирует наличие интереса исследователя.

На уровне формы лаборатория физика является описанием последовательности всех действий, которые физик-исследователь совершает с физическими приборами, самими физическими приборами. На данном уровне достаточно много методических разработок проведения лабораторных работ.

Физическая лаборатория как целостный объект на уровне функционирования выступает в виде процесса экспериментального исследования, предметом которого являются изменяющиеся представления исследователя об исследуемой части физического мира. Одним из основных элементов технической реализации физического эксперимента является измерение, поэтому лабораторная работа в обучении может выступать как процесс освоения учащимися ориентировочных основ деятельности по физическим измерениям.

На уровне содержания физическая лаборатория представляет собой противоречие: исследователь в физической лаборатории получает объективные знания об окружающем мире и- исследователь в физической лаборатории не может получить объективных знаний об окружающем мире. Противоречие появляется в связи с тем, что исследователь должен исследовать объективный окружающий мир, а на самом деле он исследует физическую лабораторию. Противоречие разрешается тем, что исследователь сохраняет в лаборатории своё понимание о мире и исследует данное понимание.

Конструируя обучение исследованию в физической лаборатории на уровне функционирования, можно научить учеников выделять физические процессы и самостоятельно конструировать ход физического эксперимента и необходимое техническое оборудование. Обучение на уровне развития характеризуется способностью учащихся выделять противоречивость физических объектов и способы разрешения этих противоречий.

Схема обучения учащихся исследованию при выполнении ими лабораторных работ: действия учащихся в предметном или идеальном мирах ; выделение и фиксация ориентировочной основы деятельности (ООД). ООД может выделяться для действий в предметном или идеальном мирах или в том и в другом.

Исследование может быть различного характера: эмпирическое, теоретическое, совместное.

Пример №1

Лабораторная работа “Определение цены деления измерительного прибора”

Основные понятия данной работы: измерение; цена деления. Измерение – частный случай сравнения, когда есть общепринятый образец, с которым и производят сравнение. Измерение как частный случай сравнения, это полная выборка измеряемого объекта с помощью образца.

Обобщённая схема измерения: образец; измеряемый объект; процедура использования образца (процедура выборки).

Цена деления – размерность наименьшей части образца.

Обобщённая схема определения цены деления измерительного прибора: правило определения размерности наименьшей части образца.

Конструируем обучение исследованию в процессе измерения и определения цены деления измерительного прибора. Конструирование происходит методом наполнения схемы эмпирического исследования физическим содержанием и сохранением схемы обучения: опыт деятельности – выделение из опыта деятельности ООД.

Действие с материальными объектами, которые учитель может продемонстрировать как образец с последующим воспроизведением учениками – измерение длины стола линейкой.

Действие производится с материальными предметами, но в связи с тем, что они включены в человеческую деятельность, в них есть идеальное содержание, которое и подлежит освоению.

Переходим от действий с материальными объектами к выделению ООД.

Вопрос: “Сколько тел нужно для измерения в данном случае?”

Ответ: “Для сравнения нужны два тела: измеряемое и измеритель”

Задание учащимся: “Опишите подробно процедуру измерения стола линейкой, так, чтобы человек, который никогда в жизни не измерял длину стола линейкой, смог провести измерение”.

Учащимся предлагаются задания по измерению длин различных тел, после выполнения которых задаётся вопрос: “Что общего во всех процессах измерения?” При ответе фиксируется, что для измерения нужны два тела и что измерение – это сравнение одного тела с другим. Можно провести аналогию процесса сравнения с выборкой одного тела другим.

Конструируем задание для фиксации необходимости выделения однородных признаков при проведении измерений: “Измерьте линейкой количеств молекул в столе”.

Результат выполнения задания – задание невыполнимо, т. к. выделены неоднородные проявления предметов (длина и количество молекул). Измерение размеров можно проводить с телами, у которых однородные проявления. Размеры тел могут проявляться в форме линии, плоскости, объёма. В данной работе учащиеся учатся измерять форму прямых линий.

Конструируем задания освоения методов конструирования измерения в новых ситуациях.

Задание: “Измерьте линейкой длину поверхности тонкого деревянного круга. Толщину круга считать равной нулю”.

Имеется результат исследования: для осуществления измерения необходима однородность измеряемого и измерительного тел; в предлагаемом задании однородности тел нет. Проектируем возможные варианты выполнения задания: задание невыполнимо; нужно добиться однородности проявлений тел. Неоднородность наблюдается в том, что измеритель предназначен для измерения прямых линий, а форма измеряемого тела кривая. Варианты выполнения задания: изменить форму тела (круга); “снять” форму круга и превратить её в прямую линию. Более простым представляется второй способ решения.

Ориентировка для конструирования способов измерений – снять форму измеряемого тела и сделать её адекватной измеряемому прибору, в нашем случае – превратить в прямую линию. При выполнении данного задания получается важный технический вывод – до процедуры измерения измеряемое тело и измеритель могут находиться в любых формах.

Конструкторское задание учащимся: “Предложите конструкцию измерительного прибора для измерения длин в 10 м”.

Аналогия приводит к десяти – метровой линейке. Это практически неудобно.

Вопрос: “Как сделать так, чтобы измерительный прибор (линейка) имел длину 10 м, но до процесса измерения имел длину 10 см?”.

Ответ: “Нужно сделать линейку гибкой”. Учащиеся, как правило, могут предложить разные варианты рулеток, складных метров, измерительных верёвок.

В полученной ООД для измерения размеров тел фиксируется относительность деления тел на измеряемое и измеритель. Конструируем вопрос для выделения данной относительности: “Можно ли столом измерять линейку?” Ответ: “Для измерения нужно фиксировать тела: которое измеряем и которым измеряем. Данное деление относительно и зависит от цели измерения”.

Для измерения тел разных размеров нужны разные образцы. Но образцы, используемые для измерений, можно совместить в одном, оставив в нём “следы” от других образцов. Разбиваем тела – измерители на части и получаем: наименьшая часть шкалы измерительного прибора - цена деления.

Важным элементом процесса обучения является мотивация, без мотива учение невозможно. Один из вариантов создания мотивационной ситуации при выполнении лабораторной работы – это ситуация выбора формы обучения. Работа выполняется: коллективно – индивидуально; с учителем – без учителя; по инструкции – без инструкции. Чем больше вариантов выбора формы выполнения работы, тем больше вероятность возникновения мотива для процесса обучения. Возможен дополнительный вариант создания мотива (после принятия учеником формы учебного занятия) – ситуаций, в которых закладывается переход к определенным действиям, как к необходимости. Конструируем такие ситуации для нашей работы.

1. Ситуации, в которых есть необходимость сравнивать.
2. Оценка “удобства” сравнения с различными телами и необходимость выбора образца.
3. Измерение с помощью образца, но не градуированного. Одно тело не выбирается полностью другим, нужны части.
4. Ситуации необходимости разбиения тела на части (градуировка).

В материальном мире данная схема может быть проявлена по–разному.

Опредмечиваем схему материальными объектами и получаем возможные мотивационные ситуации в процессе выполнения лабораторной работы.

Задание 1. У вас в руках нет никаких предметов. На нелинованной бумаге начертите отрезок прямой. Опишите его так, чтобы другой человек смог начертить точно такой же.

Создана ситуация, в которой ученик вынужден сравнивать длину отрезка со своим телом, точнее с частями тела. Все описания проверяются практически, обсуждаются, и фиксируется их общий недостаток – неоднородность образца, используемого для сравнения, не позволяет достоверно воспроизводить длину отрезка прямой.

Приходят к выводу: для устранения путаницы в измерениях нужен образец. Вопросы: “Как его получить ?, Что может быть образцом?”.

Выбираете один из предложенных учениками предметов и проводите с ним действия по измерениям. Теперь в классе путаница устранена, но вы меняете ситуацию: нужно передать информацию о длине отрезка туда, где нет выбранного образца. Вывод очевиден: нужно всем на Земле договориться, что будут пользоваться одним образцом – линейкой определённых размеров. Объясняется смысл образца длиной 1 метр. Поясняется, что в связи с тем, что образец один, то с него снимаются копии и как бы размножают образец. Копии сохраняют функции образца – размер длины.

Задание 2. Измерьте метром длину отрезка прямой на полу в классе.

Выдаётся метр без делений и отрезок деревянной рейки, в который укладывается целое число метров.

Измерение – это деление: Х/а=в, а=1 м, где х – длина отрезка; в – величина длины отрезка.

Задание 3. Измерьте длину отрезка метром. Длина отрезка такова, что в неё не укладывается целое число метров. Необходимо выделить часть метра. Выделенные части должны быть равными друг другу. Появляется необходимость в более маленьком образце. Даётся информация, что есть общепринятые части целого: санти – десять в минус второй степени; милли – десять в минус третьей степени, микро – десять в минус шестой степени.

Разбиваем метр на части. Фиксируем возможности механического разбиения метра на части, которые ограничены определенным пределом. Проводим измерение в частях.

Результатом проведённого исследования является своеобразная ориентировка в деятельности, которую мы назвали “обобщенная схема”. В данном случае она состоит из обобщённой процедуры выполнения измерений и обобщённой процедуры определения цены деления измерительного прибора.

По выделенной обобщенной схеме можно заняться конструированием различных упражнений для учащихся с целью контроля знаний.

Упражнения:

— Перед вами набор тел. Что вы можете у них измерить?

Ученикам даются тела разной формы прямоугольной, шарообразной, круглой, зигзагообразной, параллелепипеды и т.д. При использовании обобщенной схемы ученики должны определить, что они могут измерять только прямые линии. Как криволинейную форму представить в виде прямой? Ученики ответят, что нужно выправить форму, сделать её правильной. Но это не всегда можно сделать, особенно тогда, когда нужно сохранить тело. Задача: тело нужно изменить – тело менять нельзя. Есть хорошая подсказка, чтобы сшить костюм. Решение очевидно – нужно менять не форму тела, а копию формы.

Часть обобщённой схемы (что можем измерить) наполняется множеством единичных содержаний, а значит множеством конструкций – всё, что превращается в прямую линию, можем измерить.

Вторая часть схемы – чем измерять и процедура измерения.

Чем можно измерять отрезки прямых линий?

После перечисления различных тел ученики приходят к обобщению, что изменять прямые линии можно любым телом, в форме которого выделяется прямая линия. Вторая часть обобщённой схемы наполняется множеством единичных конструкций.

Ученики умеют конструировать измерение, опираясь на обобщённую схему действия.

Литература

1. Бабанский Ю.К. Методы обучения в современной общеобразовательной школе. – М. Просвещение,1985. – 208 с .
2. Дубенский Ю.П. Дидактика физики: исследовательско – конструкторский подход: Учебное пособие: Омский государственный университет, 1995. - 98с.