Постановка и решение проблемы в ходе эксперимента на уроке физики

Одно из направлений совершенствования школьного физического образования связано с повышением интегративности его содержания и усилением его развивающего влияния на личность каждого ученика. Актуальность данного направления определяется, с одной стороны, интенсификацией процесса гуманизации образования, а с другой - интегративным характером развития науки, техники и производства, определившим потребность современного общества в специалистах широкого профиля, владеющих системными и функциональными знаниями о мире, месте и роли в нем человека и обладающих творческим, системным стилем мышления.

Под проблемно – интегративным подходом к обучению я понимаю особый тип взаимодействия учителя и ученика, при котором учитель организует и направляет самостоятельную поисковую деятельность учащегося на решение системы взаимосвязанных внутри- и межпредметных учебных проблем в условиях целенаправленного обучения его процедурам выдвижения и доказательства истинности гипотез. Следовательно, по своей природе проблемно – интегративный подход – технологический, так как его реализация предполагает четкую постановку учебных целей, гибкое и поэтапное управление и организацию познавательной деятельности школьника на основе оперативной обратной связи.

Учебная проблема является основой вовлечения школьников в процесс самостоятельной проблемно – поисковой деятельности, а также важнейшим средством целенаправленной мотивации и управления. Проблемная ситуация – это спровоцированное (созданное) учителем состояние интеллектуального затруднения ученика, когда он обнаруживает, что для решения поставленной перед ним задачи недостаточно имеющихся у него предметных знаний и умений.

В процессе обучения любая проблемная ситуация реализуется в виде конкретной учебной проблемы.

Под учебной проблемой я понимаю форму практической реализации возникшей в предметном обучении проблемной ситуации межпредметного характера, побуждающей к внутри- и межпредметному синтезу знаний и способов действий для своего решения с целью усвоения нового понятия, нового способа деятельности.

Таким образом, обязательным условием, принципом функционирования проблемно- интегративного обучения физике становится раскрытие перед учащимися межпредметного характера решаемых учебных проблем как основы мотивации и управления деятельностью.

Применительно к проблемно – интегративному обучению физике предлагаю следующую систему форм организации обучения:

Этап подготовки учащихся к восприятию учебной проблемы. Актуализация знаний учащихся, полученных на предыдущих уроках, осознание ими проблемной ситуации, а значит, начало самостоятельного поиска.

Этап создания проблемной ситуации. Проблемная ситуация создается путем выявления какого – либо противоречия в содержании изучаемого материала на основе внутрипредметной и межпредметной интеграции знаний учащихся и способов их действий. Результатом осознания выявленного противоречия является постановка конкретной учебной проблемы.

Этап формулировки учебной проблемы. Здесь вскрывается предметный характер противоречия, содержащегося в учебной проблеме, самими учащимися или мотивируется учителем.

Этап решения учебной проблемы. Методологической основой является принцип выдвижения гипотезы и построения плана проверки её истинности или ошибочности.

Этап доказательства правильности найденного решения.

Этап творческого применения усвоенных знаний и способов действий. Обобщенные знания и способы действия становятся основой и средством дальнейшего познания, решения новых творческих задач, основой для постановки новых, взаимосвязанных с уже решенными учебных проблем.

Важно так построить проблемно – интегративный урок, чтобы все его учебные проблемы были выстроены в единую причинно – следственную систему познавательных задач. В основе композиционного цикла любой учебной проблемы можно выделить следующие элементы:

А). Экспозицию – предпосылку к созданию проблемной ситуации на уроке.
Б). Завязку – процесс создания проблемной ситуации и постановки конкретной учебной проблемы.
В). Аксиологический элемент – оценивание противоречия, сущности учебной проблемы, мотивация деятельности ученика.
Г). Основное действие – процесс поиска решения поставленной учебной проблемы.
Д). Развязка – нахождение решения и его проверка.
Е). Рефлексия и оценивание результатов деятельности.

Особенность реализации данного подхода состоит в том, что оценивание результатов решения одной учебной проблемы становится экспозицией к постановке следующей, вследствие чего все композиционные элементы замыкаются в единый композиционный цикл. В свою очередь, все учебные проблемы урока, курса образуют единую систему композиционных циклов, в которой всегда можно выделить одну или несколько ведущих проблем всего изучаемого курса, главную проблему конкретной темы, учебные проблемы конкретных уроков и их смысловых блоков.

Проект урока физики.

Тема “Газовые процессы”.7 класс.

“Секрет подготовки таланта – это найти его и тихонечко постоять рядом.”

А. Эйнштейн.

Характеристика темы.

Данный урок 2, 3 и 4-й в теме “Газы и их свойства” 7 класса общеобразовательной школы. Авторская программа А.Е.Гуревич. Тема началась с подробного изучения механизма давления газа и передачи его по всем направлениям. Затем изучаются газовые процессы, проводится их качественное и количественное рассмотрение. На представленном сдвоенном уроке предполагается рассмотреть три изопроцесса, с тем чтобы на следующем уроке применить полученные знания для решения задач. На решение задач в программе отводится один час. При подобном подходе возникает час резерва, который используется для творческой работы учащихся.

Система целей к уроку.

Общая дидактическая цель (ОДЦ): приобретение умений самостоятельно в комплексе применять полученные ранее знания, умения, навыки; осуществлять их перенос в новые условия.

Триединая дидактическая цель (ТДЦ)

– Образовательный аспект:

репродуктивная цель: объяснить давление газа на стенки сосуда с молекулярной точки зрения. Объяснение зависимости давления газа от температуры и концентрации частиц;
конструктивная цель: понимание стандартной ситуации, умение работать с теоретическим материалом;
творческая цель: использование эксперимента для изучения физического смысла изопроцесса, формирование умений анализировать данные эксперимента и переносить знания для объяснения явлений природы, связанных с простыми газовыми законами.

– Развивающий аспект:

создание условий для развития логического мышления, интеллектуальных умений.

– Воспитательный аспект:

развитие диалектического мировоззрения, воспитание коммуникативной культуры учащихся, формирование умения организовать работу.

Структура урока.

Тип урока: Урок комплексного получения знаний, умений, навыков.

План, этапы и цели урока на технологической карте.

Содержание урока.

1. Содержание учебного материала.

Рассмотрение примеров газовых процессов, происходящих в природе и технике. Величины, характеризующие состояние газа. Изменение этих величин в газовых процессах. Примеры. Экспериментальные исследования и графики зависимостей. Объяснение зависимостей с точки зрения молекулярной теории.

2. Умения и навыки.

Формулировки газовых законов.

3. Конструктивная и творческая деятельность.

Эксперимент как метод познания законов природы.

4. На уроке планируется создание адаптивной образовательной среды для воспитания активной жизненной позиции ученика.

Формы организации познавательной деятельности:

1) общеклассная;

2) парная;

3) индивидуальная.

Методы обучения

Проблемный.

Поисковый.

Урок ведется в технологии модульного обучения с элементами метода проектов.

Формы реализации методов.

Самостоятельное планирование деятельности каждым учеником. Постановка проблемы и её решение. Самостоятельная работа с источником информации. Эксперимент, взаимообучение. Построение проекта и его защита.

Средства обучения

Оборудование физического эксперимента для демонстрации газовых законов, учебник “Физика - 7” А.Е. Гуревич, технологическая карта урока, блоки информации.

Система контроля на уроке:

Самоконтроль, взаимоконтроль, контроль учителя.

Технологическая карта урока.

Газовые процессы.

Основной материал:

1. Изучение процессов, в которых один из параметров газа остается неизменным.
2. Доказать экспериментально существование таких процессов.
3. Объяснить на основе молекулярной теории газовые процессы.
4. На основании опытов получить формулы, описывающие газовые процессы.

Этапы и цели урока	Деятельность ученика	Советы учителя
Целеполагание.	На основании информации, данной учителем, определи главную цель урока, составь план работы
Знакомство с понятием газового процесса.	Прочитай начало п. 5 , стр. 44 учебника. Ответь на вопросы: Что может происходить с газами в различных процессах? Приведи примеры газовых процессов. Какие параметры меняются при накачивании волейбольного мяча? Докажи, что меняется объем мяча при накачивании что меняется масса мяча что меняется давление что меняется температура Какие процессы будут рассмотрены на этом уроке? Что значит приставка “изо” в слове? Как называется процесс, происходящий при постоянной температуре при постоянном давлении при постоянном объеме?	Запиши в тетрадь обозначения параметров.       Запиши в тетрадь новый термин “изопроцесс”.
Изучение простых газовых законов.	Класс разбивается на три группы по изучению трех изопроцессов. Определи свои функции внутри группы: Теоретик Экспериментатор Оформитель. Получи задание, приступи к его выполнению.	Задание группе на отдельном листе (См. блок информации) О выполнении задания группа докладывает классу.
Обмен информацией, защита проекта.	Представь классу отчет о работе группы. Расскажи об изопроцессе по плану: Дать определение изопроцесса. Продемонстрировать изопроцесс. Объяснить процесс с молекулярной точки зрения. Прочитать формулу изопроцесса. Объяснить график.	На доске укрепи лист с результатами исследования.
Промежуточный контроль за усвоением материала.	Расскажи формулировку изопроцессов, выслушай и оцени ответ соседа. Рассмотри внимательно опыты, поставленные ребятами, сделай вывод, прочитай формулировки газовых законов.	Работа в паре по схеме. Запиши в тетрадь формулы газовых процессов.
Выучить определения всех изопроцессов.	Научи соседа по парте говорить определение своего процесса, научись сам рассказывать формулировки других изопроцессов. Рассмотри внимательно опыт учителя, объясни его, применив новые термины и формулировки.	Работа в паре по схеме. Первые варианты колонок пересаживаются -меняются местами.
Подведение итогов урока.	Оцени результаты своей работы в пяти баллах: Я много работал на уроке и отлично понял материал. Знаю все формулировки изопроцессов. Могу объяснить явление природы, связанное с газовыми процессами. Умею выполнять опыты по демонстрации газовых законов - 5 баллов. Я хорошо понял изопроцессы. Умею наизусть читать правила изопроцессов. Умею выполнять опыты по газовым законам - 4 балла. Я хорошо понял тот изопроцесс, который изучала наша группа. Умею выполнять опыты по газовым законам. Наверное, я смогу объяснить какое-то явление природы, связанное с другим изопроцессом - 3 балла. Я понял, как надо проводить опыты, они мне понравились больше всего, но мне надо заново читать учебник и заучивать наизусть формулировки изопроцессов – 2 балла.
Информация по выполнению домашнего задания.	Всем: Вопросы на стр. 50. Сильным ученикам по желанию: Привести свой пример изопроцесса, объяснить его.

Блок информации.

Задание группе по изучению изотермического процесса.

Прочитайте первый абзац п. 5. 1 на стр. 45.

1. Что означает приставка “изо”, корень слова “термо”?
2. О чем это говорит?
3. Как осуществляются такие процессы?

Задание теоретикам: Объясните на основе молекулярной теории, почему с уменьшением объема газа давление его возрастает, а с увеличением объема падает?

Задание экспериментаторам:

1. Научитесь демонстрировать изотермический процесс на предложенной модели, опишите ход и результат опыта.
2. Опишите опыт учителя по схеме рис 37.

Задание оформителям:

На большом листе ватмана оформите информацию по изотермическому процессу

1. Напишите красиво заголовок.
2. Изобразите схему простого опыта, который демонстрирует группа экспериментаторов.
3. Заготовьте таблицу 2 стр. 46 (учебника) для заполнения тремя опытными данными.
4. Нарисуйте график изотермического процесса.
5. Напишите формулировку изотермического процесса.

Задание для всех: Выучить формулировку изотермического процесса, приготовиться к защите проекта.

Аналогичный блок информации для групп, изучающих изобарный и изохорный процессы.

В предложенном уроке в основе композиции цикла учебной проблемы прослеживаются все указанные выше элементы урока по его этапам: экспозиция, завязка, аксиологический элемент, основное действие, развязка, рефлексия. Ситуация конфликта возникает при наличии противоречий между известным фактом и недостаточностью предметных знаний для его теоретического обоснования. На этапе целеполагания идет обсуждение ситуации: среди набора необходимых для летнего путешествия с детьми на море лекарств, находился пузырек с зеленкой. На столы учащимся выдаются такие пузырьки с зеленкой, закрытые резиновыми пробками. После перелета в самолете оказалось, что вся аптечка изнутри залита зеленкой. Почему это произошло? Ученики 7-го класса на основе полученных знаний о свойствах газов и строении атмосферы описали суть явления, но не смогли ответить на вопрос: “Какой газовый закон описывает это явление?”. Возникает противоречие между жизненным опытом учащихся, их бытовыми представлениями и научными знаниями. Учащиеся сами выходят на постановку проблемы урока, способов решения проблемы, способов действия. Принимается план работы.

На этапе подготовки учащихся к восприятию учебной проблемы, актуализации знаний, полученных на предыдущих уроках, начала самостоятельного поиска, демонстрируется тепловой фонтан. Это водяная струя, вылетающая из бутылки под действием избыточного давления в ней. Основной деталью конструкции фонтана является жиклер, установленный в бутылочной крышке. Жиклер представляет собой винт, вдоль продольной оси которого имеется сквозное отверстие малого диаметра. В опытной установке удобно использовать жиклер от выработанной газовой зажигалки. Мягкая пластиковая трубка плотно надета одним концом на жиклер, а другой её открытый конец располагается близ дна бутылки. Примерно треть объема бутылки занимает прохладная вода. Крышка на бутылке должна быть герметично закручена.

Для получения фонтана бутылку обливают из кувшина теплой водой. Заключенный в бутылке воздух быстро прогревается, его давление повышается, и вода выталкивается наружу в виде фонтанчика на высоту до 80 см. Этот опыт используется для демонстрации, во-первых, зависимости давления газа от его температуры и, во-вторых, работы по поднятию воды, совершаемой расширяющимся воздухом.[1]

На этапе самостоятельного поиска учащиеся разбиваются на три группы по изучению трех изопроцессов, создают проект, описывающий, объясняющий процесс. Каждая группа по предложенному оборудованию конструирует эксперимент, иллюстрирующий изопроцесс. Изотермический процесс демонстрируют с помощью прибора “шар Паскаля”, где вместо шара на цилиндре закрепляется предварительно хорошо растянутый резиновый шарик. Изобарный процесс демонстрируют с помощью Г-образной стеклянной трубки, короткий конец которой через резиновую пробку соединен с колбой. В длинном конце трубки создается водяная пробка. Воздух в колбе легко нагреть теплом рук. Водяная пробка заметно быстро перемещается по горизонтальному концу трубки. Изохорный процесс демонстрируется с осторожностью, о чем ученики предупреждены, т. к. опыт проводится с горячей водой. Налить воду в поллитровую или литровую банку (1\5 объема), закрыть полиэтиленовой крышкой, охватить через полотенце за боковую стенку, несколько раз встряхнуть круговым движением. Это приведет к быстрому нагреву воздуха. В результате давление возрастает и крышка с хлопком соскакивает с банки.

На этапе творческого применения усвоенных знаний и способов действий учащиеся доказывают правильность найденного решения для каждого изопроцесса постановкой количественных, а не качественных, как на предыдущих этапах, опытов. Предварительно подготовленные до начала урока два ученика демонстрируют опыты с сосудом переменного объема – сильфоном. Опыты описаны в методической литературе. Данные опытов находятся в хорошем соответствии с теоретическими предположениями.

Обобщенные знания становятся основой и средством дальнейшего познания, решения новых творческих задач, основой для постановки новых взаимосвязанных с уже решенными учебных проблем. На этом заключительном этапе я демонстрирую колебания жидких и газообразных тел. Для этого использую идею, заложенную в конструкцию водяных часов. Две полуторалитровые пластиковые бутылки соединяют так же, как и в водяных часах, скрепив крышки. Полости бутылок соединяются стеклянной трубкой длиной 15 см, внутренним диаметром 4-5 мм. Боковые стенки бутылок должны быть ровными и нежесткими, легко сминаться при сдавливании. Для запуска колебаний бутылку с водой располагают сверху. Вода из нее начинает сразу же вытекать через трубку в нижнюю бутылку. Примерно через секунду струя самопроизвольно перестает течь и уступает проход в трубке для встречного продвижения порции воздуха из нижней бутылки в верхнюю. Порядок прохождения встречных потоков воды и воздуха через соединительную трубку определяется разницей давлений в нижней и верхней бутылках и регулируется автоматически. О колебаниях давления в системе свидетельствует поведение боковых стенок верхней бутылки, которые в такт с выпуском воды и впуском воздуха периодически сдавливаются и расширяются. Поскольку процесс саморегулируется, эту аэрогидродинамическую систему можно назвать автоколебательной [1]. Учащимся сообщаю, что автоколебания будем изучать в 11-ом классе, но для правильного их понимания необходимы знания, полученные на сегодняшнем уроке. Это вызывает неподдельный интерес и самоуважение учащихся, ответственное отношение к работе. Решается проблема гуманизации – организация образовательного процесса на личностном подходе, обучение всякого ученика, не только успешного.

Литература.

1. Наука и жизнь. Журнал. 2001 г. №9. стр. 132.