Одна из наиболее актуальных задач современного образования, в том числе физического - развитие творческого мышления, формирование умений самостоятельно “добывать” знания, ориентироваться в потоках информации. Для целенаправленного формирования творческих способностей учащихся используются различные методические приёмы (проблемное изложение материала, частично – поисковый и др.), обеспечивающие усвоение опыта творческой деятельности.
Как показал опыт нашей работы по использованию исследовательского метода активизации мышления учащихся на первом этапе обучения, главным является метод физического эксперимента с применением элементов конструирования.
В данной разработке представлен отчёт учащихся по выполнению экспериментально-исследовательской работы для решения задач методом “чёрного ящика”.
Цель работы: формирование исследовательско-изобретательских навыков учащихся.
Задание рассчитано на учащихся 8 класса с углублённым изучением физики по теме “Законы постоянного тока” при подготовке к “Открытому смотру знаний”.
Предварительно в ходе изучения данной темы класс разбивается на группы с выбором заданий.
Задания:
- Группа по составлению расчётных задач на смешанное соединение потребителей.
- Группа экспериментаторов по подготовке демонстраций исследования законов постоянного тока.
- Группа по конструированию “чёрных ящиков”.
В течение четырёх учебных недель учащиеся готовят свои задания, консультируются с учителем по ходу работы на индивидуальных консультациях. По окончании работы группы представляют отчёты выполнения задания, по которым формируются три направления “Открытого смотра знаний”:
- подборка расчётных задач цепей постоянного тока;
- набор лабораторных работ и экспериментов;
- задания по “расшифровке чёрных ящиков”.
Отчет конструкторской работы учащихся
1. Введение
“Научное знание парадоксально, если
смотреть на него
с точки зрения обыденных представлений,
с точки зрения привычного”
Ю.М. Орлов
Восьмой год мы учимся в школе, восьмой год изучаем различные предметы, получаем много информации, с которой не всегда можем справиться. И все чаще и чаще мы задаем себе вопрос: “А зачем?”, но далеко не всегда на него отвечаем.
При изучении темы “Законы постоянного тока” в 8 классе, мы смогли не только задать себе вопрос “А зачем?”, но и найти интересный путь ответа него. И как по волшебству, исчезли “скучные” задачи на расчет электрических цепей. Мы сами создавали экспериментальные задачи и сами их решали. Могли быть конструкторами и исследователями одновременно, используя идею “черных ящиков”.
Что же такое “черный ящик” или “артефакт”?
Понятие “черного ящика” является основным понятием кибернетики в любом научном изыскании, “присутствует” при решении инженерных изобретательских задач. При решении “черного ящика” возникает проблемная ситуация, которую часто сравнивают с пропастью между известным и искомым, поскольку отсутствует основание, на чем можно поставить надежные опоры для построения моста между ними. Проблемную ситуацию задает “конструктор”, решает “исследователь”.
2. Теоретическая часть
“Знание становится живым, если оно
применяется
для достижения определенных целей”
Ю.М. Орлов
Цель работы: Получение навыков решения конструкторских и исследовательских задач с использованием метода “черных ящиков”.
Задачи работы:
- Создание алгоритма действий “конструктора” по логической цепочке “известное - искомое”
- Создание алгоритма действий “исследователя” по логической цепочке “известное - искомое”
- Проверка алгоритма действий в экспериментальных условиях.
- Оценка возможностей использования “черного ящика” в практической учебной деятельности.
Таким образом, у нас возникли потребности в более глубоком изучении учебного материала по теме “Законы постоянного тока” в новых учебных условиях, желание применить знания на практике, в результате чего был выбран путь (действие) “черных ящиков”
Потребность – Желание - Действие
Наша работа состояла из нескольких этапов:
“конструктор” |
“исследователь” |
||
1 этап |
более глубокое изучение теоретического материала | 1 этап |
более глубокое изучение теоретического материала |
2 этап |
разработка алгоритма деятельности “конструктора” | 2 этап |
разработка алгоритма деятельности “исследователя” |
3 этап |
конструирование “черного ящика” и формулировка условия исследовательской задачи. | 3 этап |
изучение общих приемов решения задач “черного ящика |
4 этап |
защита “черного ящика” | 4 этап |
исследование “черного ящика” |
5 этап |
проверка правильности решения исследовательской задачи. | 5 этап |
анализ соответствия условия и предложенного “конструктором” решения задачи. |
3. Практическая часть.
“Кто не знает, в какую гавань он
приплывет,
для того нет попутного ветра”
Сенека
Изобретатель “черного ящика” действует по алгоритму:
- Изучение теоретического материала.
- Просмотр возможных схем.
- Выбор, какой либо схемы или группы схем и их компоновка.
- Формулировка исследовательской задачи.
- Оформление “черного ящика”.
Исследователь “черного ящика” действует по алгоритму:
- Изучение теоретического материала.
- Проведение исследований “черного ящика” и изучение полученных данных.
- Анализ возможных вариантов решения “черного ящика”.
- Выбор оптимального варианта решения и его оформление в возможную схему “черного ящика”.
Предполагаемый путь исследования (алгоритм решения “черного ящика”):
1 шаг - Анализ условия задачи и определение основных теоретических данных (определений, законов), необходимых для исследования.
2 шаг - Выбор приборов для исследования.
3 шаг - Сборка электрической цепи (или нескольких цепей).
4 шаг - Определение параметров цепи по показаниям приборов.
5 шаг - Анализ полученных данных.
6 шаг - Общий вывод.
7 шаг - Сверка полученного результата с заданным конструктором решением.
8 шаг - Анализ ошибочных действий исследователем (если они допущены).
Условия и решение “черных ящиков”
Пример 1
|
Условие: В черном ящике собрана электрическая цепь, состоящая из четырех одинаковых сопротивлений. Определить схему собранной электрической цепи и величину сопротивления. |
|
Решение: 1. Использование закона Ома для участка цепи и законов последовательного соединения потребителей. 2. Выбор приборов: источник тока, амперметр, вольтметр, выключатель, соединительные провода. 3. Сборка электрической цепи. |
|
 |
|
 |
|
 |
Анализ полученных данных:
Так как по условию задачи сопротивления
одинаковы, то по полученным данным можно сделать
вывод: 
два
сопротивления соединены параллельно.
- такое отношение
возможно, если три одинаковых сопротивления
соединены по принципу смешанного соединения
“Соединяем в общую схему”
Пример 2
|
Условие: В черном ящике собрана электрическая цепь, состоящая из трех не одинаковых сопротивлений. Определить схему собранной электрической цепи и величину сопротивления. |
|
Решение: 1. Использование закона Ома для участка цепи и законов последовательного и параллельного соединения потребителей. 2. Выбор приборов: источник тока, амперметр, вольтметр, выключатель, соединительные провода. 3. Сборка электрической цепи. |
|
 |
|
 |
|
 |
Анализ полученных данных:
Так как по условию задачи в схеме использованы три не одинаковых сопротивления и имеется три вывода то, скорее всего сопротивления соединены по схеме “звезда” или “треугольник”:
Предположим, что используемая схема - “звезда”, тогда
;
; 
|
Условие: Собирая электрическую цепь, состоящую из двигателя, источника тока и двух одинаковых резисторов, мы заметили такую особенность: при включении ключа № 1 - двигатель крутится быстрее, чем при включении ключей № 2 и № 3 одновременно. Какая цепь находится в “черном ящике”? |
| Решение: 1. Использование закона Ома для участка цепи и законов последовательного и параллельного соединения потребителей, формулы расчета работы. 2. Сборка электрической цепи. |
Расчет работы необходимо вести по формуле:
, где
I - сила тока,
R - сопротивление двигателя,
t – время,
А1 - работа при замкнутом ключе № 1,
А2 - работа при замкнутых ключах № 2 и № 3,
А1 > A2, т.к. двигатель, по условию, крутится быстрее.
Это возможно, если при включении ключа № 1 двигатель соединяется с резистором последовательно (на всех участках цепи I-const, при включении ключей № 2 и № 3 одновременно двигатель соединяется с резистором параллельно (1 делится между двигателем и резистором).
Заключение:
- создан алгоритм действий “конструктора” и “исследователя”;
- собраны и решены по алгоритмам несколько “черных ящиков”;
- собранные установки будут использованы при проведении лабораторных работ и работ физпрактикума в 8 и 10 классах.