Формирование учебных информационных и логических умений в процессе решения физических задач

Под информационными умениями мы понимаем способность субъекта воспринимать учебную информацию; искать недостающую информацию и исключать излишнюю; переводить информацию из одного вида в другой; оценивать. Под логическими умениями – умения, обеспечивающие структуру постановки и решения задач: анализ и синтез, сравнение, обобщение и классификация, и др. Формирование данных умений наиболее эффективно осуществляется в процессе решения физических задач. Благодаря решению задач достигается понимание учеником учебного материала. Говоря о понимании учебного материала, мы имеем в виду определённый результат образовательной деятельности, позволяющий учащимся встраивать новые знания в свой опыт; самостоятельно излагать содержание учебного или научного текста; применять знания на практике. Необходимо отметить, что понимание учениками учебного материала связано с наличием этих умений. Данные умения, предусмотренные требованиями Государственного стандарта по физике для старшей школы [5], представлены в таблице 1.

Таблица 1

В настоящее время считается, что решение задач является основным компонентом процесса обучения точным наукам. А.В. Усова, А.А. Бобров отмечают, что одним из условий обеспечения глубоких и прочных знаний у учащихся является организация их деятельности по решению задач [9]. О значении решения задач при обучении физики достаточно полно и удачно на наш взгляд говорится в теории и методике обучения физике в школе под редакцией С.Е. Каменецкого и Н.С. Пурышевой. “В процессе решения задач знания учащихся конкретизируются, создаётся понимание сущности явлений, физические понятия и величины приобретают реальный смысл, у ученика появляется способность рассуждать, устанавливать причинно-следственные связи, выделять главное и отбрасывать несущественное. Решение задач позволяет сделать знания осознанными, избавить от формализма” [6, с.319-320]. При этом отмечается, что учащиеся обязательно должны решать задачи, так как в противном случае они не усвоят понятия и законы физики, либо их знания будут формальными. Не случайно по способности решать физические задачи зачастую судят о глубине понимания учеником физических законов и явлений. Однако не секрет, что одной из причин неприятия учащимися физики является неумение решать физические задачи. Данный факт подтверждают и учителя и сами учащиеся.

Сравнительный анализ результатов тестирования по данным Третьего международного исследования (TIMSS) в 1991 и 1995 году свидетельствует о значительном снижении уровня физического образования российских школьников, учащихся массовой, общеобразовательной школы [4]. Отмечается, что наши школьники, достигнув больших успехов в области владения фактологическими материалами, в которых требуется воспроизведение готовых знаний, хуже владеют методологическими знаниями, информационными умениями, не умеют применять знания при решении практических задач.

На аналогичные недостатки в знаниях и умениях выпускников средней школы указывает анализ результатов ЕГЭ (по итогам 2003 года, 2004 года) среди которых:

• непонимание существа применяемых формул;
• неумение применять знания и умения в измененной и новой ситуациях;
• неумение оценивать реальность полученных результатов;
• неспособность применять вычислительные умения;

Подчёркивается, что одним из “узких” мест в обучении физике в школе является недостаточное внимание к формированию таких учебных умений как использование рисунков, графиков, таблиц, схем, диаграмм и т.д.

Из 181 участника (ученики 11-ых классов школ г. Юрги Кемеровской области) пробного экзамена, составленного на основе заданий ЕГЭ и ЦТ, в 2004-05 учебном году на “4” и “5” справились с работой лишь 39 учащихся (21,5%), причём из 39 отличников и хорошистов 10 - учащиеся лицея и гимназии.

Нельзя не отметить существенные изменения, произошедшие в последнее время в школьном физическом образовании, в частности – резкое сокращение числа часов на изучение физики при фактически не изменившемся объёме учебной информации, подлежащей усвоению, и существенном усилении требований к выпускникам школ. Так, для получения оценки “5” по физике выпускник школы должен хотя бы частично справиться с частью “С” при сдаче ЕГЭ. При этом, как отмечают учителя физики, в современных условиях в общеобразовательной школе на уроке нет возможности заниматься решением задач (как правило, на уроке рассматриваются одна – две задачи в одно, максимум в два действия). Однако за счёт реализации, например, элективных курсов, на старшей ступени обучения появляется возможность изменить данную ситуацию.

Выход видится в использовании методик обучения учащихся решению физических задач, существенно отличающихся от традиционных. На наш взгляд, процесс решения физических задач необходимо представить перед учащимися в виде определённым образом выстроенной, разработанной ими самими деятельности. При этом в процессе учебной деятельности знания становятся не целью, а средством обучения. Однако знания и умения, или действия, в которых эти умения реализуются, необходимо рассматривать в единстве, поскольку формирование умственных действий невозможно без соответствующих знаний.

Предлагаемая методика предполагает:

• построение определённой системы в решении задач по данной теме: качественные задачи (графические), количественные задачи (рисунки);
• решение отдельной задачи осуществляется по алгоритму, разработанному самим учеником для данного типа задач;
• решение задач по определённой теме как поэтапную деятельность ученика.

В исследованиях психологов (П.Я. Гальперин, Ю.Н. Кулюткин, А.М. Матюшкин, Н.А. Менчинская, Н.Ф. Талызина и др.) показано, что приёмы познавательной деятельности становятся осознанными в результате прохождения закономерно сменяющих друг друга этапов.

Разработанная и используемая нами в учебном процессе методика организации деятельности по обучению учащихся решению физических задач содержит следующие этапы:

• подготовительный;
• разработки алгоритма для задач данного типа;
• диагностики и обучения несформированным действиям;
• решения физических задач;
• оценочно-рефлексивный.

Построение этапов деятельности по решению задач в описываемой методике основано на применении классической схемы деятельности и дополнено рефлексией (мотив – цель – способ достижения цели – результат – оценка - рефлексия) [3].

На первом этапе происходит систематизация теоретических знаний и их предъявление. Учащиеся самостоятельно пишут конспекты, которые в последующем рассматриваются и взаимно дополняются учащимися, корректируются в ходе совместного обсуждения под руководством преподавателя. Данная форма работы, как наиболее эффективная, была выявлена на основе предварительно проведённого педагогического эксперимента с тремя группами учащихся по одному из приведённых ниже вариантов.

1. Материал темы систематизируется учителем и даётся ученикам в готовом виде.
2. Материал излагается учителем, обсуждается, и его основные моменты конспектируются учениками.
3. Материал самостоятельно конспектируется учениками. Обучение написанию конспекта происходит через пробное действие, предъявление и корректировку.

Третий способ написания конспекта был выбран самими учениками, поскольку в этом случае даже “слабые” ученики лучше усваивали знания, что положительно влияло на мотивацию к решению задач. При написании конспектов используются три наиболее эффективных способа по систематизации и обобщению учебного материала: 1) текст, написанный по плану в виде тезисов; 2) систематизация и обобщение материала в виде таблиц; 3) систематизация и обобщение в виде схем. Структура ориентировочной основы действий (ООД), разработанная А.В. Усовой [8], помогает учителю и ученику при осуществлении коррекции содержания конспекта. На втором этапе на основе пробного действия по решению физических задач определённого типа ученики самостоятельно выявляют последовательность хода решения, что в итоге приводит к выявлению алгоритма решения. Деятельность учителя на данном этапе состоит в обсуждении с учениками предложенного алгоритма, его корректировке и уточнении. Кроме того, в ходе данной работы осуществляется обобщение и систематизация наиболее типичных физических ситуаций, описываемых задачами по той или иной теме.

Общий план решения физических задач, широко используемый в школьной практике, включает в себя следующие элементы:

• чтение условия задачи и краткая запись условия; переход к СИ;
• выполнение рисунка, схемы или чертежа (при необходимости);
• анализ физического содержания задачи и выявление путей (способов) решения с последующим составлением плана решения;
• выполнение решения в общем виде;
• вычисления, получение результата;
• анализ результата и проверку решения.

Именно подобный план решения можно увидеть на стендах в школьных кабинетах физики, с несущественными различиями он воспроизводится большинством учащихся. Однако данный план затруднителен для самостоятельного использования его учениками при решении задач.

Ю.В. Тихомиров пишет: “…стандартная методика решения физических задач сформулирована слишком в общих чертах, особенно на его начальных этапах,… разработанная к настоящему времени пошаговая методика решения физических задач не слишком востребована и не находит достаточно широкого применения” [7]. Достаточно детальную схему, например, предлагают Н.И. Одинцова и Н.Е. Кургаева [2].

Работа по описываемой методике на втором этапе уже к окончанию изучения механики на основе предложений учащихся и совместной их коррекции под руководством учителя позволяет получить детализированную, пошаговую схему решения физических задач (рис.1). Данный опыт успешно переносится на решение задач по другим разделам физики.

В ходе третьего этапа на основе беседы с учащимися, предлагаемых им опросников учитель выявляет степень овладения учениками отдельными действиями, необходимыми для последовательного решения задачи данного типа. Выяснение затруднений позволяет учителю организовать деятельность по формированию отдельных действий, необходимых для решения задач данного типа. Это умения работать с разными видами представления информации (графики, схемы, таблицы и т.д.), осуществлять переходы между ними; умения преобразовывать формулы; вычислительные умения, проверочные умения и т.д. При этом можно использовать таблицу трудностей <Приложение 1>.

При организации работы с учащимися используется дифференцированный подход к обучению на основе испытываемых учащимися трудностей через карточки с индивидуальными заданиями. На рисунке 2 приведены примеры заданий на формирование информационных умений (1; 2); умения производить математические преобразования на основе соотнесения известных и неизвестных величин (3); оценивание правильности решения путём проверки размерности (4).

Третий этап по мере освоения действий, необходимых для решения задач определённого типа по данной теме, в последующем может быть исключён.

На четвёртом этапе осуществляется решение задач по разработанному алгоритму с применением действий по решению задач, которые были предварительно сформированы. При этом используется групповая работа по решению физических задач с учётом результатов деятельности учащихся на предыдущих этапах. Решение задач организуется не ради самого решения, а, прежде всего, для формирования и отработки определённых умений. При этом можно исходить из основного назначения задач, приведённого в таблице 3 <Приложение 2>.

На данном, четвёртом этапе учитель определяет степень овладения умением решения задач в целом. При проверке умения решать задачи можно воспользоваться результатами исследования А.В. Усовой и А.А. Боброва, на основе которых они вводят критерии и уровни сформированности обобщённого умения решать физические задачи [9].

Рис.1. Детализация основных этапов решения поставленной физической задачи.

На пятом этапе происходит обобщение приобретённых умений по решению задач данного типа, оценка и самооценка сформированности обобщённого умения решать задачи, понимать физическую сущность рассматриваемых в задачных ситуациях явлений и законов. Для оценки знаний и умений, понимания физического материала учитель использует подобранные из различных источников (задачники, пособия, материалы ЕГЭ и ЦТ) и разработанные задания, рефлексивные карты, фиксирует результаты в рабочих картах по каждому занятию.

Данная методика, внедрённая в учебный процесс в профильных технических классах школы №2 города Юрги; групп учащихся, занимающихся в центре довузовской подготовки Юргинского технологического института Томского политехнического университета:

• обеспечивает целостный и системный подход к обучению решению физических задач, с учётом реальных трудностей с которыми сталкиваются учащиеся;
• позволяет эффективно формировать у учащихся обобщённые умения и способности решать задачи, прочно усвоить знания о сущности их решений на основе анализа собственной деятельности по их решению, выделению в решениях общих подходов и методов, их теоретического осмысления и обоснования;
• вырабатывает у учащихся отдельно умения и навыки в действиях, входящих в общую деятельность по решению задач, поэтому им не приходится осваивать эти действия в самом процессе решения, что многим школьникам просто не под силу.
• позволяет уменьшить количество задач, необходимых для усвоения физического материала на уровне применения по данной теме, что существенно в обновлённых условиях, при имеющем место дефиците учебного времени;
• способствует повышению познавательного интереса учащихся к процессу решения задач, в целом к изучению физики;
• способствует успешному переносу приобретённых умений по решению задач за курс физики на другие предметы, в целом на учебную деятельность.

1. Бершадский М.Е. Понимание как педагогическая категория. – М.: Педагогический поиск”, 2004. – 176с.
2. Одинцова В.И., Кургаева Н.Е. Физика. Практический курс подготовки к экзаменам, зачётам. – М.: ЗАО “РОСМЭН-ПРЕСС”, 2006. – 288с.
3. Румбешта Е.А. Моделирование системы физического эксперимента как средства подготовки учащихся по физике в основной школе. Томск: Изд-во ТГПУ, 205 – 248с.
4. Сравнительный анализ математической и естественно-научной подготовки учащихся основной школы России. – TIMSS. М., 1996. Выпуск 2.
5. Стандарт среднего (полного) образования по физике.// Вестник образования, 2004, №15. С.65 – 77.
6. Теория и методика обучения физике в школе. Общие вопросы. Под ред. С. Е. Каменецкого и Н. С. Пурышевой М.: “ACADEMIA” 2000. – 367 с.
7. Тихомиров Ю.В. Физика. Части 1 и 2. Пособие для поступающих в высшие технические заведения и учащихся выпускных классов школ. М.: РИО МГТУГА 1997.
8. Усова А.В. Теория и методика обучения физике. Общие вопросы: Курс лекций. – Санкт-Петербург: Изд-во “Медуза”. 2002. – 157с.
9. Усова А.В., Бобров А.А. Формирование учебных умений и навыков учащихся на уроках физики. – М.: Просвещение, 1988. – 112с.