Конструирование качественных задач для диагностики учебных достижений учащихся по физике

Российское образование постепенно переходит на стандарты нового поколения, в которых большое внимание уделяется метапредметным умениям и навыкам, в частности работе с информацией. Конкретно для образовательной области “Физика” выделяют следующие умения: овладение приемами работы с информацией физического содержания, представленной в разной форме (в виде текста, формул или обозначений величин, графиков зависимости величин, табличных данных, схем, фотографий и др.). Данные требования привели к необходимости вести работу с языковым содержанием на любом учебном предмете.

Качественная задача представляет собой описание явления или процесса из окружающей жизни, для которого учащимся необходимо привести цепочку рассуждений, объясняющих протекание явления, особенности его свойств и т.п. Содержание качественных задач строится на изученном программном материале. Качественные задачи, связанные с конкретными предметами, легко воспринимаются учащимися. Основная цель - приложение имеющихся знаний к реальным жизненным ситуациям.

Качественные задачи вызывают больший интерес, если в них предлагается дать объяснение тем или иным явлениям природы или фактам, с которыми школьники сталкиваются в жизни. Новизна данного задания на экзаменах для выпускников и учителей заключается в его форме. В практике преподавания предмета качественные задачи обычно решаются на уроке устно. При письменном опросе оказывается достаточно сложно добиться от учащихся не просто правильного ответа, но и выстроенной цепочки рассуждений с приведением письменного ответа. Другой отличительной чертой ГИА по физике является использование специальных серий заданий на основе текстов физического содержания. Эти задания направлены на проверку сформированности различных информационных умений (понимание смысла использованных в тексте физических терминов, перевод информации из одной знаковой системы в другую, применение информации из текста в изменённой ситуации и т.п.). Ни для кого не секрет, что проблемы при решении текстовых задач возникают у учащихся, помимо прочих причин, еще и потому, что обучающиеся не в состоянии правильно понять текст задачи, составить план решения, выявить причинно–следственные связи. Особенно эти навыки необходимы при решении задач, подобных задачам С1 ЕГЭ.

Компетентностный подход в образовании рассматривается в настоящее время как способ построения новой образовательной парадигмы. Для того, чтобы попытаться определить задачи того или иного предмета в рамках компетентностного подхода, необходимо опираться на фундаментальные цели образования, которые в этом случае соответствуют пониманию ключевых компетенций. В первую очередь научить школьников анализировать ситуации практического характера, распознавать в них знакомые физические явления и применять имеющиеся знания для их объяснения.

"Решение качественных задач способствует более глубокому усвоению материала, развивает сообразительность, мышление, вызывает интерес к физике" (Тульчинский М. Е.). В процессе решения качественных задач прививаются навыки наблюдать и умение различать физические явления в природе, быту, технике, а не только в физических кабинетах. Развивается смекалка, сообразительность, творческая фантазия.

Основная цель диагностики: приложение имеющихся знаний к реальным жизненным ситуациям.

Пример 1 “Живые локаторы”

• Контекст – явление окружающей действительности
• Содержательная принадлежность – Механика
• Форма задания – с выбором ответа;
• Уровень сложности – повышенный уровень.
• Деятельностная компонента:

Предметные умения: использовать понятийный аппарат школьного курса физики для объяснения явлений и процессов окружающей действительности, подбирать адекватную физическую модель для описанного явления;

Умения работать с информацией физического содержания: понимать смысл использованных в тексте физических терминов; отвечать на прямые вопросы к содержанию текста;

Задание: Эхолокация наиболее развита у летучих мышей – животных, ведущих ночной образ жизни. Анализируя отражённые сигналы, они могут обнаруживать окружающие предметы. Эхолокация заменяет им зрение. Могут ли определять летучие мыши следующие параметры объекта? Выберите ответ “Да” или “Нет” для каждого вопроса.

Вопрос 1.

Могут ли определять летучие мыши следующие параметры объекта?	“Да” или “Нет”
Расстояние до объекта
Цвет предмета
Характер поверхности

Верный ответ: Да, Нет, Да

Вопрос 2. Сигналы, испускаемые летучими мышами, полностью лежат в ультразвуковом диапазоне (от 20 до 100 кГц). Может ли человек улавливать такие сигналы? Выбрать правильный ответ: 1) Да. 2) Нет. 3) Может улавливать ночью. 4) Может улавливать только днём. (Верный ответ: 2) Нет)

Пример 2 “Радуга”

• Контекст – явление окружающей действительности
• Содержательная принадлежность – Электродинамика
• Форма задания – с выбором ответа;
• Уровень сложности – повышенный уровень
• Деятельностная компонента:

Предметные умения: использовать понятийный аппарат школьного курса физики для объяснения явлений и процессов окружающей действительности, подбирать адекватную физическую модель для описанного явления;

Умения работать с информацией физического содержания: понимать смысл использованных в тексте физических терминов; отвечать на прямые вопросы к содержанию текста;

Методологические умения: делать выводы (анализировать, объяснять результаты на основе известных физических явлений) из описанных наблюдений.

Задание: Радуга – это оптическое явление, возникающее в атмосфере и имеющее вид разноцветной дуги на небесном своде. Интересно расположение цветов в радуге. Оно всегда постоянно.

Вопрос 1: Какой из перечисленных чередований в расположении цветов в радужном спектре неверный?

А) красный, оранжевый, жёлтый, зелёный

В) зелёный, оранжевый, голубой, синий

С) зелёный, голубой, синий, фиолетовый

Д) фиолетовый, синий, голубой, зелёный

Ответ: В

Вопрос 2: Радуга наблюдается, когда солнечные лучи освещают завесу дождя. В меньших масштабах её можно увидеть на каплях воды у водопадов, фонтанов и в морском прибое. В качестве источника света могут служить не только Солнце и Луна, но и прожектор. Где при этом находится источник света?

А) Справа от наблюдателя.

В) Луч от источника должен проходить через глаз наблюдателя.

С) На противоположной стороне, сзади от наблюдателя.

Д) На противоположной стороне.

Ответ: С

Вопрос 3: При наблюдении с высокой горы или с самолёта радуга может иметь вид полной окружности. Ещё Аристотель математически доказал, что Солнце, местонахождение наблюдателя и центр радуги находятся на одной прямой.

Выберите верное следствие, вытекающее из вышеизложенного утверждения:

А) Чем выше над горизонтом поднимается Солнце, тем выше поднимается центр радуги.

В) Чем ниже опускается Солнце, тем ниже опускается центр радуги.

С) Чем ниже опускается центр радуги, тем выше над горизонтом поднимается Солнце.

Д) Чем выше над горизонтом поднимается Солнце, тем ниже опускается центр радуги.

Верный ответ: Д

Пример 3 “Человек под водой”

• Контекст – явление окружающей действительности
• Содержательная принадлежность – Механика
• Форма задания – с развёрнутым ответом;
• Уровень сложности – высокий
• Максимально – 2 балла.
• Деятельностная компонента:

Предметные умения: использовать понятийный аппарат школьного курса физики для объяснения явлений и процессов окружающей действительности, подбирать адекватную физическую модель для описанного явления;

Умения работать с информацией физического содержания: понимать смысл использованных в тексте физических терминов; отвечать на прямые вопросы к содержанию текста;

Задание С1. Для жизни под водой человек совершенно не приспособлен. На глубине 20 м под действием внешнего давления у него могут лопнуть барабанные перепонки. Опускаться же на глубину более 70 м без специального костюма человеку невозможно. В процессе же ныряния жизнедеятельность человека существенным образом не нарушается, почему? Ответ поясните.

Образец возможного решения:

В процессе ныряния жизнедеятельность человека существенным образом не нарушается, поскольку в этом случае он набирает в лёгкие дополнительное количество воздуха. Дополнительный воздух уравновешивает давление воды на его организм.

Проведение диагностики

На начальном этапе было проведено диагностирование знаний, умений учащихся 10-11 классов по заданиям тестов PISA, опубликованных в журнале Физика №24/09. Ребятам очень понравилось содержание тестовых заданий. Каждый, выполнив тестовое задание, непременно захотел узнать правильные ответы к каждому заданию. После выполнения первого задания им захотелось попробовать свои знания, умения и в других тестовых заданиях практического содержания. Второй раз провели тестирование по экспериментам. Задания с использованием вакуумной тарелки и вакуумного насоса. Уровень выполнения заданий был выше среднего - 59% (см. приложение). Выполнение экспериментальных заданий в основном зависит от оснащённости кабинета и от планомерного использования учителем в учебном процессе всего оборудования кабинета. Но для диагностики учащихся по физике очень мало задач практического содержания по реальным жизненным ситуациям. Поэтому учащиеся не имеют навыков выполнения таких заданий. Хотя именно такие задания вызывают интерес даже слабых учащихся.

Характеристика заданий для диагностики:

Основной целью диагностики была проверка использования учащимися имеющихся знаний к реальным жизненным ситуациям. Согласно цели тестирования были составлены три задания, включающие 8 вопросов. Проверяемые умения и виды учебно-познавательной деятельности от общего количества вопросов были определены следующим образом:

Воспроизвести фактические знания – 25% (2 вопроса)

Концептуальное понимание (классифицировать, сравнивать, противопоставлять, использовать наглядные представления и модели, связывать, соотносить, находить и применять информацию и приводить объяснения.) – 50% (4 вопроса)

Установление причинно-следственных связей и анализ – 20% (2 вопроса)

Проведение диагностики:

Диагностика учебных достижений учащихся по физике с заявленной целью проведена в 10 “а”, 10 “б” и 11–м классах. В тестировании участвовали 26 учащихся 10-х классов и 15 учащихся 11-го класса. Всего 41 учащихся. В меньшей степени проверялись и методологические умения: делать выводы (анализировать, объяснять результаты на основе известных физических явлений) из описанных наблюдений. Из учащихся 11-го класса собираются сдавать ЕГЭ по физике 6 учеников, из учащихся 10-х классов в данное время занимаются 10 учащихся.

Анализ результатов тестирования и выработка рекомендаций по интерпретации полученных результатов

Результаты тестирования:

Результаты тестирования свидетельствуют о том, что по сравнению с результатами контрольных оценок по итогам первого полугодия показатели ниже. Учащиеся хорошо справились с заданиями на воспроизведение знаний и применение их в знакомой ситуации. Так, например: все учащиеся дали верный ответ на вопрос (2.1.) “Какой из перечисленных чередований в расположении цветов в радужном спектре неверный?” (100%). Также более высокий результат показали на вопрос (1.1.) “Могут ли определять летучие мыши расстояние до объекта” (95%), остальные 52% ошиблись на вопросе (1.3) “Могут ли определять летучие мыши характер поверхности”. Хотя по содержанию 2 последних вопроса идентичные, но второй вопрос нестандартный и требует от ученика установления связей и анализа.

В основном плохо справились с заданием “Человек под водой”, т.е. с заданием на установление причинно-следственных связей и анализ (хотя этот вопрос более близок всем). Не справились с заданием 80,5% учащихся. Полный правильный ответ и объяснение смогли дать только 19,5% учащихся. Также низкий уровень показали при выполнении задания (2.3.), где нужно было выбрать верное следствие, вытекающее из изложенного утверждения. Положительный ответ дали 36,6% учащихся и 63,4% не справились с заданием. Учащиеся показали низкий уровень методологических умений. В основном затрудняются в выполнении заданий ЕГЭ С1. (Хотя по сравнению с предыдущими годами (тогда в заданиях ЕГЭ не было подобных заданий) всё-таки некоторые сдвиги наблюдаются).

По результатам диагностики использования имеющихся знаний к реальным жизненным ситуациям учащиеся показали средний уровень знаний. Отлично справились с заданием 8 учащихся из 41-го ученика (19,5%). Из них шестеро юношей и только двое девушек. Это в основном учащиеся, целенаправленно занимающиеся к сдаче ЕГЭ.

Экспериментальные задания

Качественная задача

Основная цель – приложение имеющихся знаний к реальным физическим опытам

Пример 4 “Движение жидкости через трубку”

• Контекст – явление окружающей действительности
• Содержательная принадлежность – молекулярная физика
• Форма задания – с развёрнутым ответом;
• Уровень сложности – высокий.
• Деятельностная компонента:

Предметные умения – использовать понятийный аппарат школьного курса физики для объяснения явлений и процессов окружающей действительности, подбирать адекватную физическую модель для описанного явления;

Умения работать с информацией – понимать смысл использованных в тексте физических терминов;

Умение анализировать новые ситуации и применять уже имеющиеся знания для анализа;

Задание С1. Колба плотно укупорена пробкой с трубкой в виде буквы П наполовину заполнена водой. Трубка другим концом опущена в стакан с водой. Уровни воды в сосудах одинаковы. Всю установку помещают под колпаком вакуумной тарелки и с помощью насоса откачивают воздух. Будет ли перемещаться жидкость через трубку. Объясните явление.

• Эксперимент “Раздувание шарика”
• Эксперимент “Кипение воды в разрежённом пространстве”
• Эксперимент “Распространение звука”

111