Решение задач с помощью ключевых ситуаций

Решение задач методом ключевых ситуаций.

Итоговая контрольная работа

выполнила работу Пронькина Вера Семеновна учитель физики МКОУ « СОШ с. Легостаево» Искитимского района Новосибирской области.

« Метод ключевых учебных ситуаций». Идея этого метода состоит в том , что в последние годы внимание учителей и учеников сконцентрировано на подготовке к ГИА и ЕГЭ, где предложены профессионально составленные тесты по физике и другим учебным предметам, поэтому разработка современных тестов не может вестись без изменения существующего содержания образования. Традиционное содержание школьных предметов представляет собой набор мало связанных между собой сведений и умений, подлежащих обязательному усвоению. Эти сведения и умения плохо упорядочены, разобщены, а потому усваиваются с большим трудом. Создание тестов в педагогике ХХ1 века должно начинаться с выделения в каждом учебном предмете ключевых ситуаций - наиболее важных и генетически связанных друг с другом встреч учащихся с идеальными объектами, образующими содержание той или иной предметной области.

Выделение и описание ключевых учебных ситуаций в каждом предмете - первый шаг в построении тестов по этому предмету. Ключевые ситуации выделяются не в форме правил, вопросов или задач - это именно ситуации встречи ученика с новым, интересным, удивительным, загадочным идеальным объектом. Это ситуации потенциальной возможности правила, вопроса, учебной задачи, проблемы, парадокса. Здесь уместны такие формулировки по физике:«Камень брошен вертикально вверх», «Искусственный спутник движется вокруг Земли», «Фазовые переходы» (Л. Э. Генденштейн, Л. А. Кирик, 2001). В условиях теста - описании ключевой учебной ситуации - перед учащимся встают «вещие вещи» культуры - ее идеальные объекты. Это - объекты идеального мира, уже приготовленные для предметных суждений. Это - наклонная плоскость или блок, горизонтально летящая пуля или лифт.

Успех применения тестов во многом зависит от того, насколько ярко, точно, глубоко и нетривиально будет построена встреча нового орудия мысли - с учеником. Суждения можно начать строить о том, что поразило, удивило, заинтересовало - о чем хочется именно судить, а не пройти мимо. Все тесты должны развивать важнейшую для просвещенного человека способность суждения об интересных орудиях мысли. Поэтому ключевые ситуации должны строится как своеобразные «точки удивления» (В. С. Библер, 1988). Но в любом случае во всех тестах происходит встреча ученика с настоящим, а не просто - учебным, школьным. Точнее, это встреча с таким школьным, которое воспринимается как настоящее. Используя данную методику всё моё творчество и творчество любого педагога должно быть направлено на

• Создание учебной ситуации;

• Разработку способов перевода учебной задачи в учебную ситуацию.

В чём же заключается эффективность метода ключевых учебных ситуаций?

В каждом разделе школьного курса физики вместе с учениками исследуются ключевые ситуации, которые служат источниками практически всех задач школьного курса. Изучение ключевых ситуаций - это живой мост между «теорией» и «задачами», причём мост с двусторонним движением. С одной стороны, задачи рождаются при изучении ключевых ситуаций, в которых наглядно проявляется действие физических законов, с другой стороны, благодаря решению на основе ключевых ситуаций теория осознаётся, то есть становится действенной силой, а не пассивным набором фактов и формул.

Ключевых учебных ситуаций во всём школьном курсе физики немного (несколько десятков) и на их основе составлены тысячи задач. Данная методика позволяет учителю найти закономерность в той или иной ключевой ситуации, а затем вместе с учениками ставит ряд задач. При этом ученики учатся ставить, овладевая на практике научным методом, что намного важнее для формирования думающих людей, чем решение уже поставленных задач. Такой подход формирует положительное отношение учащихся к физике как школьному предмету, потому что постановка задач - творческий и поэтому интересный процесс.

Результатом использования ключевых ситуаций может служить следующее:

1.ключевые ситуации позволяют наглядно показать проявление и применение физических законов;

2.ключевые ситуации можно проанализировать с помощью школьного курса математики;

3.ключевые ситуации позволяют установить взаимосвязь между физическими законами и физической интуицией.

Все ключевые ситуации можно разделить на два вида:

А) Обучающиеся задания - это исследование , поиск.

Б) Контролирующие задания - это задачи, тесты.

При подготовке к ГИА и ЕГЭ используются именно контролирующие задания. И тут метод ключевых ситуаций весьма эффективен, так все задания группируются вокруг таких ситуаций. Учащиеся, решая задачи, многократно практикуется в применении ключевых ситуаций. Разбирая тесты с выбором ответа, учащиеся имеют возможность быстро проверить усвоение всех изученных тем.

Таким образом, творчески осваивая ключевые ситуации, находя закономерности, ставя на их основе задачи и решая их, ученик учится решать задачи и тем самым готовится к сдаче государственного экзамена. Деятельное знакомство с ключевыми ситуациями повышает уверенность ученика в своих знаниях по физике, поскольку эти знания, естественно, становятся умениями. Ещё Сократ считал, что «знать-это уметь», а это значит, что ученик сам УВИДЕЛ, сам ПОСТАВИЛ и сам РЕШИЛ поставленную им же задачу.

Задание № 1 :« Выделить и проанализировать 2 ключевые ситуации в курсе физики 9-го класса».

Первая ключевая ситуация: Свободное падение тел.

В начале объяснения неплохо бы задать вопрос учащимся, о том, какой смысл они вкладывают в понятие свободное падение, предложив описание их собственных наблюдений по данному вопросу и проведение ряда простейших демонстраций (падения листа бумаги, скомканного листа, камня, пера). Почему тела падают вниз, даже если первоначально взлетали вверх. Необходимо на основании собственных рассуждений и доводов учащихся подвести их к чёткому определению данного понятия: свободное падание это движение , которое происходит под действием силы тяжести.

Итак, свободным падением называется движение тел под действием силы тяжести. Однако, движение тела только под действием силы тяжести - редкое явление, поэтому свободным падение можно считать условно.

Уместен эксперимент с трубкой Ньютона.

Силами сопротивления принято пренебрегать.

Свободное падение - это движение с постоянным ускорением g , а значит свободное падение является равноускоренным движением. (упомянуть опыты Галилея, проводимые на Пизанской башне)

Ускорение свободного падения зависит:

1) От расстояния между телами;

2) От массы планеты.

Вспомним, что среднее значение на Земле - 9,8 м/. Не лишне поинтересоваться мнением учащихся, отчего значение ускорения свободного падения на Земле на разных широтах может отличаться. В заключении обсуждения сделать вывод, к которому явно придут и сами ученики, что в то время как на полюсах ускорение свободного падения больше, на экваторе - меньше. Однако, необходимо заметить, что эта разница не столь велика и при решении школьных задач используется среднее значение 9,8 м/, а то и более грубо 10 м/. ( Экспериментальное подтверждение этого значения. Выполнение лабораторной работы « Измерение ускорения свободного падения)

И о направлении… Данный вопрос так же можно адресовать учащимся. Направление ускорения свободного падения совпадает с направлением силы тяжести.

Следует рассмотреть в демонстрациях и рисунках 3 случая движения тела по вертикали:

y

y y

////////////////// ////////////////////// ////////////////////

А Б В

т.к. свободное падение мы будим считать равноускоренным движением, то учащимся предлагается вспомнить формулы для вычисления перемещения и скорости при равноускоренном движении (, ), а также предложить им воспользоваться ими и выбрать соответствующую систему для каждого случая:( отметив при этом какие изменения произошли с основными выражениями ( замена a нa g)

1) 2)

Ответ: А-3; Б-1; В-2

Ключевая ситуация в целом рассматривается сообща с учащимися, а не преподносится учителем как данность.

Для закрепления можно предложить следующие тестовые задания: ( пример)

1. От чего «свободно» тело при свободном падении?

1) от массы

2) от силы тяжести

3) от сопротивления воздуха

4) от всего выше перечисленного ( ответ: 3)

2. На рисунке представлена траектория движения мяча, брошенного под углом к горизонту. Куда направлено ускорение мяча в высшей точке траектории? Сопротивление воздуха пренебрежимо мало.

1) 1. 2) 2. 3) 3. 4) 4.

ответ: 4

Вторая ключевая ситуация: Закон всемирного тяготения

Начать разговор о законе всемирного тяготения можно со знакомства с учеными. каждый из которых внес свой вклад в его открытие ( Коперник, Тихо Браге, Кеплер) Это могут быть сообщения учащихся или презентации. Можно вспомнить, что понимаем мы под силой всемирного тяготения ( из курса 7 класса)

В этой ключевой ситуации следует обратить внимание на то, что гравитационные силы действуют между любыми двумя телами и проявляются в виде притяжения. По третьему закону Ньютона эти силы равны по модулю и противоположны по направлению.

Факты, доказывающие существование этих сил: ( эти примеры могут привести сами учащиеся)

1. Приливы и отливы

2. Падение тел на Землю

3. Движение Земли вокруг Солнца

4. Движение Луны вокруг Земли. F -F

r

G - гравитационная постоянная одинаковая для всех тел и численно равная модулю силы тяготения, действующей на тело массой 1 кг со стороны другого тела такой же массы при расстоянии между телами равном 1 м.

G численное значение определено экспериментально в 1788 г. Г. Кавендишем

Следует обратить внимание учащихся на пределы применимости закона (только для материальных точек). Необходимо рассмотреть частный случай гравитационных сил - силу притяжения тел к Земле (силу тяжести): , где m- масса тела (кг), М - масса Земли (кг), R - радиус Земли (м), h - высота над поверхностью (м).

Т. к. , то, а .

На поверхности Земли (h = 0) 9,8 м/.

Ускорение свободного падения зависит от:

высоты над поверхностью Земли;

от широты местности;

от плотности пород земной коры;

от формы Земли (приплюснута у полюсов).

В приведённой выше формуле последние три зависимости не учитываются. При этом ещё раз следует подчеркнуть, что ускорение свободного падения не зависит от массы тела.

При решении задач по данной теме связанные с вычислениями. Значения массы Земли, радиуса Земли или других небесных тел о которых идет речь в условиях задач имеют большие значения. при переводе единиц в систему СИ они еще увеличиваются , поэтому лучше все величины данные в задачах представлять в стандартном виде. Иногда удобнее решить задачу в общем виде, выполнив алгебраические преобразования и лишь после этого производить вычисления. Это позволяет уйти от сложных арифметических вычислений, да и использование огромных табличных величин можно грамотно таким образом обойти.

Можно предложить учащимся для закрепления задания такого типа:

1. При увеличении массы одного из взаимодействующих тел в 5раз сила всемирного тяготения

1) увеличится в 5 раз, 2) уменьшится в 5 раз, 3) увеличится в 25 раз. 4) уменьшится в 25 раз

2. Если массу одного тела увеличить в 4 раза, а расстояние между телами уменьшить в 2 раза, то сила всемирного тяготения

1) увеличится в 2 раза, 2) уменьшится в 2 раза, 3) увеличится в 8 раз, 4) не изменится.

Методическая разработка урока физики с использованием ключевых учебных ситуаций.

Цель урока: повторение курса физики основной школы, формирование навыков решения задач (самостоятельно анализировать условие задачи, оценивать полученный результат, искать дополнительные данные), контроль знаний, подготовка к ГИА.

Учащимся предлагается тест по всему курсу физики основной школы:

- Самостоятельная работа с тестом №1 - №15 (20 мин)

- Разбор тестовых заданий №1 - №15 с учениками (10 мин)

- Разбор задачи с кратким ответом и задачи с полным решением (8 - 12 мин)

- Подведение итога урока, рефлексия (5-7 мин)

Примеры заданий , которые выполнялись на уроке. ( фрагмент урока)

1.Тестовое задание с выбором ответа

Чугунный и стеклянный шарики равной массы лежат на дне аквариума. Выберите правильный ответ:

1) на шарики действует одинаковая сила Архимеда.

2) определить, какой из шариков сильнее выталкивается водой, нельзя.

3) вода выталкивает стеклянный шарик сильнее, чем чугунный.

4) вода выталкивает чугунный шарик сильнее, чем стеклянный.

Учитель: Какую силу мы называем силой Архимеда

Ученик: архимедова сила - это выталкивающая сила, т.е сила, которая действует на тело, погруженное в жидкость или газ.

Учитель: От чего зависит выталкивающая сила?

Ученик: Выталкивающая сила зависит от объёма тела погруженного в жидкость и плотности этой жидкости.

Учитель: А что такое плотность?

Ученик: Плотность вещества это величина, которая показывает, чему равна масса вещества. взятая в единице объема. Она определяется по формуле

Учитель : что можно сказать об объемах шариков, если они имеют равные массы?

Ученик:У стеклянного шарика при равной массе с чугунным, объём будет больше, т. к. плотность стекла меньше. Значит, вода выталкивает стеклянный шарик сильнее. Правильный ответ под цифрой 3.

2. На рисунке представлен график зависимости проекции ускорения от времени

для тела, движущегося прямолинейно вдоль оси Ох.

Равноускоренному движению соответствует участок

1) ОА

2) АВ

3) ВС

4) CD

3. Под действием силы 2 Н пружина жесткостью 4 Н/м удлинилась на

1) 8м, 2) 2м, 3) 0,5м, 4) 0,125м

4. Мяч был брошен поверхности Земли вертикально вверх. Он достиг высшей точки траектории и затем упал на Землю. сопротивлением воздуха пренебрегаем. В какой момент времени движения полная механическая энергия мяча имела максимальное значение?

1) в момент начала движения вверх

2) в момент достижения верхней точки траектории

3) в момент падения на Землю

4) в течение всего времени полета полная механическая энергия была одинаковая

5. Человек массой 60 кг при площади подошв его обуви 300см² оказывает на пол давление , равное примерно

1) 0,2 Па, 2) 2 Па, 3) 2000 Па, 4) 20000 Па.

6. Если между двумя телам устанавливается тепловое равновесие, то у них становится одинаковыми значения

1) веса, 2) массы, 3) температуры, 4) температуры, массы и веса.

7. Внутренняя энергия тела определяется

1) скоростью движения и массой тела

2) только кинетической энергией беспорядочного движения частиц, из которых состоит тело

3) только потенциальной энергией взаимодействия частиц, из которых состоит тело

4) кинетической энергией беспорядочного движения частиц и потенциальной энергией их взаимодействия.

5.На рисунке представлено расположение одинаковых по модулю электрических зарядов А, Б и В, заряд В имеет отрицательный знак. каковы знаки электрических зарядов А иБ, если вектор равнодействующей сил, действующих на заряд А со стороны зарядов Б и В, имеет направление , указанное на рисунке?

Б

В

А

1) А+, Б+ 2) А+, Б - 3) А -, Б+ 4) А- , Б-

6. Чтобы на участке цепи с электрическим сопротивлением 5Ом мощность электрического тока была равна 20 Вт, нужно приложить напряжение

1) 100 В, 2) 10 В, 3) 4В, 0,25 В

7. Если линза обладает оптической силой +2 диоптрии, то это значит, что

1) эта линза рассеивающая с фокусным расстоянием 0,5метра

2)эта линза рассеивающая с фокусным расстоянием 2 метра

3) эта линза собирающая с фокусным расстоянием 2 метра

4) эта линза собирающая с фокусным расстоянием 0,5 метра

7. На рисунке указано направление магнитных линий поля, созданного полюсами постоянного магнита. где находится южный полюс постоянного магнита?

1) справа, 2) слева, 3) может быть справа, может быть слева, 4) среди ответов нет правильного.

8. Какую по модулю силу нужно приложить в точке А к лёгкому рычагу, массой которого можно пренебречь, чтобы уравновесить груз массой 2 кг, подвешенный в точке В?

1) 60Н; 2) 40 Н; 3) 20Н; 4) 10Н.

С учётом правила рычага , получаем = 3. Значит,

9. Какую скорость получит неподвижная лодка с находящимся в ней охотником общей массой 200 кг после выстрела горизонтальном направлении, если масса пули равна 10 г, а её скорость при выстреле из ружья равна 800 м/с?

1) 0,03 м/с; 2) 0,04 м/с; 3) 0,05 м/с; 4) 0,06 м/с.

Импульс пули равен импульсу лодки 200 υ =0,01800 ; υ =0,04м/с

10 Сопротивление каждого резистора на участке цепи равно 2 Ом. Найдите общее сопротивление участка.

R₂ 1) 6 Ом; 2) 0,75 Ом; 3) 12 Ом; 4) 3 Ом.

R₁

R₃

11. Какое (-ие) из действий тока всегда сопровождает (-ют) его протекание?

1) только тепловое 2) только магнитное 3) только химическое 4) тепловое и магнитное.

(Любой проводник нагревается при прохождении по нему электрического тока, это происходит из-за взаимодействия частиц вещества, при их соударении выделяется энергия. Вокруг движущихся заряженных частиц всегда возникает магнитное поле. Поэтому протекание электрического тока всегда сопровождается его тепловым и магнитным действием. )

12 Штангу, какого веса спортсмен может поднять на Луне, если на Земле он поднимает штангу весом 1200Н? Известно, что ускорение свободного падения на Луне в 6 раз меньше , чем на Земле.

1). 1800 Н 2) 3600 Н 3) 200 Н 4) 7200 Н

(Вес тела Р=mg, если g уменьшить в 6 раз, то массу штанги можно увеличить в 6 раз, следовательно в 6 раз увеличится вес = 7200Н)

13 Определите массу бензина, который можно налить в бак объёмом 50 л.

1)50 кг 2) 45 кг 3) 35,5 кг 4) 60 кг

( m=pV. Определим по таблице плотность бензина = 710кг/, переведем литры в кубические метры = 0,05, перемножив полученные значения получим массу бензина 35,5кг.)

14. Какое физическое явление лежит в основе проветривания помещения при открытой форточке?

1) Испарение 2) излучение 3) конвекция 4) конденсация

15 Изменится ли масса положительно заряженной металлической сферы, если к ней прикоснуться другой такой же незаряженной сферой?

1) Не изменится 2) масса увеличится 3) масса уменьшится 4) это зависит от размера сфер

( Тело считается положительно заряженным, если у него не хватает электронов. При соприкосновении сфер, электроны с незаряженной сферы перейдут на заряженную. Т к электроны обладают некоторой массой, то масса заряженной сферы увеличится. ).

2. Задача с кратким решением( на уроке выполняется с комментарием учащегося)

Прямолинейный проводник массой 2 кг и длиной 0,7 м помещён в однородное магнитное поле перпендикулярно к линиям магнитной индукции. Какова сила тока в проводнике, если он не падает? Индукция магнитного поля равна 12 Тл.Дано:

m = 2 кг

l = 0,7 м

B = 12 Тл

_____________________

I - ?

Решение:

На проводник действует сила тяжести и сила со стороны магнитного поля. По условию задачи эти силы равны, т.к. проводник не падает.

F = mg, где F = BIl

Следовательно, BIl = mg;

I = =

Ответ:

3.Задача с полным решением

Определите электрическое сопротивление между концами полой медной трубки массой 2,7 кг и площадью поперечного сечения проводящей части 1 мм².

Учитель: т.к. в задаче встречаются две величины( плотность и удельное сопротивление проводника), которые обозначаются одной буквой, обозначим удельное сопротивление проводника буквой лямбда.

Учитель: В условии задачи единицы измерения физических величин не соответствует системе СИ. Как поступим?

Ученик: нужно перевести в систему СИ ( делают перевод)

Учитель: какую формулу для вычисления электрического сопротивления следует применить в данной задаче?

Ученик: Расчет сопротивления через площадь сечения проводника и удельное сопротивление проводника.

Учитель: Можно выполнить расчет сразу или необходимы дополнительные расчеты?

Ученик: для расчета электрического сопротивления необходимо знать длину проводника, площадь его сечения и удельное сопротивление проводника. В условии задачи не дана длина проводника и удельное сопротивление проводника. Но так как нам известно , что проводник медный, то удельное сопротивление мы возьмем из таблицы .

Учитель : А как можно определить длину проводника?.

Ученик: проводник имеет форму цилиндра. Объем цилиндра можно найти через длину проводника ( высота цилиндра) и площадь его сечения. V= l*S, объем тоже неизвестен, но его мы найдем через плотность вещества( медь) и его массу V=m/.

Учитель: приступаем к решению.Дано:

m = 2,7 кг

S= 1 мм²= 10^-6м².

= 8 900 кг/м³

λ = 1,7*10^-8 Омм

_____________________

R - ?

Решение

Т.к. m = = , то

= =

= 5,2 Ом

Ответ: 5,2 Ом

Следует отметить, что за один урок в 45 мин разобрать все задания весьма затруднительно. Поэтому, в завершении урока, нерассмотренные задания целесообразно предложить учащимся для работы дома.