Опросы учащихся показывают, что основные затруднения при попытке решения задачи творческого уровня они испытывают уже на этапе ознакомления с условием задачи. Так, около половины учеников испытывают затруднения в поиске ответа на вопрос: “с чего начать решение задачи?” Более трети опрошенных учащихся не могут правильно выполнить рисунок, схему, для пояснения задачной ситуации. Около половины ребят допускают неточности при перекодировке формул с учетом введенных обозначений. Попытаемся спроектировать деятельность ученика, применяющего традиционный подход к стандартной задаче.
Задача:
Какова индукция магнитного поля, в котором на проводник с длиной активной части 5 см действует сила 50 мН? Сила тока в проводнике 25 А. Проводник расположен перпендикулярно индукции магнитного поля.
Задача не представляет сложности для ученика:
- читая условие, ребенок понимает, что речь идет о силе, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током – силе Ампера
- записывает формулу для расчета силы Ампера F=BILsin
- найти неизвестную можно по правилу нахождения неизвестного множителя
- записывает формулу для расчета индукции магнитного поля и получает численный результат
Как поступает ученик, перед которым новая задача? Он пытается повторить те же действия, но в случае неопределенности ситуации перед ним возникает непреодолимое препятствие: невозможность “найти такую формулу”, которая бы “вместила” в себя все известные и искомую величины. Ученик либо не пытается продолжать решение, либо изобретает свою, совершенно фантастическую формулу… Итог один – такую задачу решить он не может. Как помочь ребенку подобрать “ключик” к любой задаче, даже задаче нестандартной, творческой? Возможностей много, важно понять, что ребенок мыслит не так как учитель: то, что нам представляется естественным и понятным, ему совершенно не понятно и с воображением ребенка нужно специально работать! Ребенку сложно представить, о чем идет речь в задаче, если описано несколько явлений, ему совершенно непонятно, с чего начинать развертывание задачной ситуации. Всегда ли учитель учитывает это?
Обратившись к практике обучения, мы обнаружим, что наибольшее распространение среди учителей получила методика обучения решению задач, смысл которой можно выразить словами: “хочешь научиться решать задачи – решай их!”. Учащимся предлагается решать огромное количество задач, используя в качестве ориентира деятельности примеры решения типовых задач, в надежде, что умение решать задачи, сформируется в процессе решения задач само по себе. Не имея другого инструментария решения задач, ученики вынуждены руководствоваться методом аналогий и методом “подгонки” под известный ответ, приведённый в конце задачника. В случае, если задача не поддается решению традиционными способами, ученик объясняет неудачу так: “А мы такие не решали…”
Перспектива того, что обобщённые умения решения задач могут сформироваться путём обобщения умений решать типовые задачи, представляется весьма маловероятной. Использование эвристических методов, алогичных, воздействующих на образное мышление ребенка помогает организовать “проживание” задачной ситуации, найти ту “ниточку”, которая позволит выстроить взаимосвязь процессов.
Предложенный Вашему вниманию проект развертывания учебного материала построен с использованием технологии графических образов, разработанной Атаманской Мариной Сергеевной, к. п. н., доцентом кафедры математики и естественных дисциплин ИПК и ПРО.
Рассмотрим процесс конструирования графического образа на примере решения задачи № 1248 из “Сборника качественных задач по физике” М.Е.Тульчинского: “В какую сторону покатится металлический стержень, изображенный на рисунке?”
Используем для погружения в эксперимент и его отображения два варианта представления материала: во-первых, реальный эксперимент, во-вторых, компьютерную версию (без комментариев происходящего). Собираем установку, состоящую из ключа, источника тока, проводов, расположенных параллельно подобно рельсам и металлической трубочки (понадобятся две трубочки: железная и медная). Замыкая цепь, показываем, что железная трубочка не двигается по рельсам. Затем, поместив “рельсы” между полюсами дугообразного магнита, демонстрируем ее движение в одну и в другую сторону. Просим ребят сделать рисунки увиденного, этот рисунок поможет им объяснить явление. Обращаем ваше внимание, что на первом этапе “погружения в эксперимент” детальных пояснений не требуется! Основное назначение эксперимента – задать направление мысли ученика, проявить его незнание.
На втором этапе, с помощью специально подобранных учителем вопросов, происходит согласование имеющихся представлений учащихся и нового учебного материала. Поиск направляется с помощью системы вопросов:
- Как вы думаете: если заменить железную трубочку медной, она будет двигаться?
- Когда физическое тело может прийти в движение? (при взаимодействии с другим телом)
- Можно ли считать движение трубочки доказательством ее взаимодействия с магнитом?
Учащиеся догадываются, что особую роль в этом опыте играл магнит и, высказывают предположение о том, что между магнитом и медной трубочкой такого взаимодействия не будет. Гипотеза является неверной, однако отвергать ее не следует, ведь нашей целью является проявление личностного восприятия ребенка, с его незнанием тоже нужно работать! Поработав с незнанием ребенка, можно добиться гораздо большего в развитии его представлений, чем просто отвергнуть ошибочный ответ. Таким образом, ошибки и заблуждения являются своеобразным толчком, позволяющим спроектировать учебную деятельность в соответствии с субъектным опытом учащихся. Высказанная гипотеза не выдерживает проверки экспериментом, который может провести ребенок, ее высказавший. Учитель дает возможность учащимся самим сделать вывод, пронаблюдав опыт. Первоначальный рисунок получает дополнения:
- Как менялось направление движения проводника?
- Какое направление мы договорились принимать за направление тока в проводнике?
Следующая гипотеза: направление движения проводника связано с направлением движения частиц в проводнике:
А если попробовать изменить расположение полюсов магнита?
Как при этом измениться магнитное поле?
Так, следуя за направлением мысли ребенка, поддерживая его интерес, достраиваем и упрощаем рисунок:
На рисунке “мирно сосуществуют” и видимые объекты, и воображаемые. Такое соседство противоречиво и именно это заставляет ученика, “обращаясь к отсутствующим объектам, вырабатывать отношение к невидимой реальности” Таким образом, учащиеся самостоятельно приходят к следующим выводам:
- Тело может прийти в движение только в результате действия на него другого тела (взаимодействия тел), и если трубочка начала двигаться, значит, на нее подействовало другое тело
- Это действие проявляется либо притяжением, либо отталкиванием трубочки
- Магнит действует на трубочку только тогда, когда по ней течет ток
- Направление движения трубочки связано и с направлением тока в проводнике, и с расположением полюсов магнита
Решение задач, подобных этой, позволит учащимся не только хорошо разобраться с механизмом действия силы Ампера, это поможет разобраться с целым классом задач, в которых происходит движение проводника с током в магнитном поле. Через работу по построению графического образа происходит развитие не только воображения, но и гипотетического мышления, способствующего более успешному обучению физике.
Через понимание предложенной задачной ситуации учащиеся получают универсальный инструментарий, позволяющий успешно справляться с целым классом физических задач- задач, в которых описывается движение металлического проводника в магнитном поле.