Чтобы сойти на берег лодочник направляется от кормы к

Сабинина Марина Борисовна

По характеру и методу решения большинство исследователей подразделяют учебные физические задачи на качественные и количественные. В настоящее время называют качественной задачей такую задачу, решение которой осуществляется путем построения логической цепочки рассуждений и не требует обязательных математических выкладок и вычислений, а используемые вычисления, не образуют строгую и полную логическую систему формальных выводов. Все формульные преобразования используются только для качественного анализа, а расчеты осуществляются для количественной прикидки.

Однако можно указать на отсутствие четкой границы между качественными и количественными задачами. Некоторые задачи в зависимости от уровня восприятия и мышления учащихся могут решаться и качественными, и количественными методами. Вот такой пример: «В цилиндрическом сосуде, наполненном водой при температуре 0°С, на поверхности плавает кусок льда. Как изменится уровень воды в сосуде, когда лед растает?». Приведем качественное решение. Лед, плавая, вытесняет воду весом равным своему весу. Поэтому вода, образовавшаяся при плавлении льда, имеет такую же массу, как и вода, вытесняемая льдом первоначально, а значит и занимает такой же объем. Соответственно, она “займет” место подводной части льда, и уровень воды не изменится. Но задачу можно решить и количественно. Качественные задачи, связанные с конкретными предметами, легко воспринимаются учащимися и те их решают охотнее, чем количественные.

Решение качественных задач способствует более глубокому усвоению материала, развивает сообразительность, мышление, вызывает интерес к физике. Качественные задачи вызывают больший интерес, если в них предлагается дать объяснение тем или иным явлениям природы или фактам, с которыми школьники сталкиваются в жизни”. 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. Овладение методами решения качественных задач позволит учащимся творчески применить их к решению самых разнообразных задач и самостоятельно расширить сферу собственных знаний. Именно этот фактор способствует развитию интеллектуальной инициативы и творческой активности учащихся. Особенно важным является использование качественных задач в основной школе, где большая часть материала рассматривается на качественном уровне. В настоящее время качественные задачи заняли свое место и при сдаче ЕГЭ, примером может быть задача С1, к решению которой очень охотно приступают учащиеся.

Задачи должны увлекать учащихся, формировать интерес к окружающему нас миру, к жизни. В качественных задачах увеличивается многовариантность подходов к решению, в результате у разных учеников появляются разные пути рассуждений. Поэтому при решении качественных задач повышается роль субъективных процессов понимания условия. При анализе текста задачи у учащихся возникает разное видение ситуации, выстраиваются разные представления.

Схема решения качественных задач:

• чтения условия задачи, выяснения всех терминов в ее условии,
• анализ условия задачи, выяснение всех физических явлений, построение схемы или чертежа.

Иллюстрируя методику решения качественных задач, можно разделить их на две группы.

a) Простые качественные задачи (их называют задачами-вопросами) решение которых обычно основываются на одном физическом законе.

б) Сложные качественные задачи, представляющие как бы совокупность или комбинацию нескольких простых задач. Решая их, приходится строить более сложные цепи умозаключений анализировать несколько физических закономерностей.

Примеры задач-вопросов:

• Почему при проводке телеграфной линии летом нельзя сильно натягивать провода между столбами?
• Почему зубные врачи не рекомендуют, есть очень горячую пищу?
• Почему нельзя наливать бензин в цистерну до верху?

В задачах – вопросах могут использоваться и различные зависимости, выражаемые физическими формулами.

• Каким приемом человек может быстро удвоить давление, производимое им на пол?

В начале проводят анализ физической сущности происходящего. Давление зависит от силы давления, F и от площади S. Поэтому, во-первых, давление возрастает в два раза, если в два раза увеличить силу давления. Этого можно достигнуть, взяв в руки дополнительный груз равный весу человека. Но еще можно увеличить давление – уменьшить площадь опоры в два раза. Для этого достаточно встать на одну ногу.

Одно из наиболее важных умений – это умение найти причину какого либо явления. В частности, в учебной деятельности оно необходимо при решении, например, следующих задач.

На одну чашку уравновешенных весов положили железный кубик, а на другую – деревянный шарик. Шарик перетянул. Почему?

Важным также является умение предусмотреть возможные следствия события. Пример:

К уравновешенному рычагу приложили две сил. Может ли рычаг остаться при этом в равновесии? Если да, то, при каких условиях? Можно ли действие этих сил вывести рычаг из равновесия?

(С помощью этой задачи можно навести учащихся на важную мысль о том, что одна и та же причина при различных условиях, в частности начальных, может привести к разным результатам.)

Составьте и запишите одно предложение (имеющее смысл и верное с точки зрения физики), объединив в нем с помощью союза “поэтому” два таких утверждения:

1) в случае утечки газа запах его некоторое время распространится по всей квартире;

2) молекулы движутся непрерывно и хаотически. Скажите, какое из этих утверждений является причиной по отношению к другому, а какое следствием.

Составьте и запишите одно предложение (имеющее смысл и верное с точки зрения физики), объединив в нем с помощью союза “поэтому” (или “потому что” два таких утверждения:

1) масса стального кубика больше массы деревянного кубика такого же объема;

2) плотность стали больше плотности дерева.

Ответьте на вопросы: может ли плотность, какого либо вещества зависеть от того, какой массы физического тела из этого вещества изготовлено? Какое из двух данных утверждений служит причиной по отношению к другому, а какое – следствием.

В решении подобных задач большую роль играет интуиция ученика. В данном случае  этот путь более эффективным, чем использование определений терминов “причина” и “следствие”.

Для успешного решения нужно уметь: во-первых, сравнивать объекты, величины, условия и т.п.; во-вторых, находить факторы влияния (другими словами, из всех факторов выделять существенные); в-третьих, отличать правильное от ошибочного (неточного). Значение этих умения (так же, как и умений находить причину, следствия, пути достижения заданного результата и т.п.) заключается, прежде всего, в этих универсальности: они необходимы для решения большего числа разнообразных проблем (причем, не только учебных). Кроме того, их усвоение позволяет развивать интеллектуальные способности человека. На первой ступени важно использовать в основном две разновидности задач на сравнение:

а) сравнить два значения функции при разных значениях ее аргумента;

б) сравнить, т.е. найти общее и особенное (различное).

Приведем пример задачи на сравнение двух значений функции.

Имеются две ложки (деревянная и стальная) одинаковой массы. Объем, какой ложки больше? Почему?

Умение находить общее и различное необходимо при классификации. Приведем примеры одной из разновидностей задач на классификацию, в которых из данного перечня физических понятий требуется сформировать группы по заданным признакам.

Из приведенных ниже слов и словосочетаний нужно выписать в тетрадь те, которые представляют собой физические явления: магнит, притяжение железных опилок к магниту, льдина, ледоход, ветер, воздух, гром, звон колокола, колебание маятника в часах, часы, термометр, температура, нагревание чайника с водой, выстрел.

Из следующего перечня надо выписать в один столбик физические величины, а в другой – единицы физических величин: длина, секунда, метр, температура, время, кубический метр, градус, объем.

В более сложной разновидности задач на классификацию ученикам предлагается разбить данный перечень физических понятий (терминов и.т.д.) на группы на основании сравнения этих понятий и самостоятельного выделения их общих признаков. Приведем примеры.

Какое слово, на ваш взгляд, лишнее в следующем перечне: время, путь, площадь, метр, скорость? Почему вы выбрали именно это слово?

Какое слово, на ваш взгляд, лишнее в следующем перечне: Ньютон, килограмм, плотность, метр, Паскаль, Джоуль, секунда? Почему вы выбрали именно это слово?

Примеры качественных задач тема «Законы сохранения в механике»

1. Может ли человек, стоящий на идеально гладкой горизонтальной (ледяной) площадке стронуться с места, не упираясь острыми предметами в лед (Может, отбрасывая от себя какие- либо предметы)
2. Герой книги Э. Распе барон Мюнхаузен рассказывает: «Схватив себя за косичку, я изо всех сил дернул вверх и без большого труда вытащил из болота и себя и своего коня, которого крепко сжал обеими ногами, как щипцами. Можно ли таким образом вытащить себя? (Согласно закону сохранения импульса внутренние силы системы не могут привести в движение ее центр тяжести)
3. В книге А. Некрасова «Приключения капитана Врунгеля» описан следующий способ передвижения лодки: колесо приводят во вращение белки, несущиеся «как бещение одна за другой по ступенькам внутри колеса (беличьего колеса). Будет ди двигаться лодка с подобным двигателем? (Будет)
4. Может ли висящая на паутине гусеница повернуться наблюдателю другим боком?
5. Чтобы сойти на берег, лодочник направился от кормы к ее носовой части, почему при этом лодка отошла от берега? (Из закона сохранения импульса вытекает: прближение человека к берегу вызывает удаление лодки от берега)
6. Ракета движется по инерции в космическом пространстве. На ее сопло надели изогнутую трубу выходным отверствием в сторону движения и включили двигатели. Изменилась ли скорость ракеты?  (Таким способом можно остановить ракету и даже заставить ее лететь в обратном направлении)
7. Можно ли двигать парусную лодку, направляя на парус поток воздуха из мощного вентилятора, находящегося на лодке? Что случится, если дуть мимо паруса? (Когда струя воздуха попадает на парус, лодка остается на месте. Если дуть мимо паруса, лодка будет двигаться.)
8. Почему пуля, вылетевшая из ружья, не разбивает оконное стекло на осколки, а образует в нем круглое отверствие? (Время столкновения пули со стеклом очень мало. За время деформация, вызываемая давление пули, не успевает распространиться на большие расстояния. Поэтому импульс, теряемый пулей, передается небольшому участку стекла, и пуля пробивает в нем круглое отверствие)
9. Почему человек может бежать по очень тонкому льду и не может стоять на нем?
10.  На чашках равноплечих весов стоят два одинаковых стакана, до края наполненные водой. В одном стакане плавает деревянный брусок. В каком положении находятся весы? (В равновесии)
11.  На коромысле равноплечих весов уравновешены латунный и стеклянные шары. Нарушится ли равновесие, если весы поместить в безвоздушное пространство, в углекислый газ, в воду? (В пустоте перевесит стеклянный шар, в газе и воде – латунный)
12.  Почему, спускаясь на лодке по реке, плывут посредине реки, а поднимаясь, стараются держаться берегов? (Скорость течения реки посредине больше)
13. Почему, если вблизи нас проходит скорый поезд, то мы чувствуем, как нас притягивает к нему?(Проходящий поезд увлекает за собой воздух. Движущийся между человеком и поездом воздух производит на человека меньшее давление, чем неподвижный. Эта разность давлений создает силу, влекущую человека к поезду)
14.  Почему самолеты взлетают и садятся почти всегда против ветра? (Подъемная сила тем больше, чем больше скорость самолета по отношению к окружающему воздуху. При взлете и посадке против ветра скорость самолета относительно воздуха равнасумме скорости самолета относительно земли  и скорости ветра. Таким образом, та же скорость относительно воздуха получается при меньшей скорости относительно земли, что при взлете и при посадке выгоднее и безопаснее)
15.  Почему вращающийся диск летит дальше камня при прочих равных условиях? ( Вращающийся диск, испытывает подъемную силу, опускается на землю медленнее камня и летит дальше)

 Задачники представляют физику либо как абстрактную науку, либо как чисто техническую, не связанную с живой природой, биологией, анатомией, медициной, жизнью человека. Поэтому для многих учеников она не интересна. Нужно стремиться сообщать ученику не только новые знания, но и помогать ему глубже и лучше познать то, что он уже знает, то есть сделать “живыми” уже имеющиеся у него основные научные сведения, научить сознательно ими распоряжаться, пробудить желание применить их. Успех обучения выражается в сформированности способности мыслить, а мыслить человек начинает тогда, когда у него возникает потребность что-либо понять. Один из способов дать толчок к активной мыслительной деятельности ребят – предложить им интересные учебные задачи. А интерес проявляется тогда, когда задача затрагивает реальный мир, жизненные ситуации, встречающиеся каждому человеку. Но и в старших классах,  подобные задачи тоже нужны ввиду того, что подросткам 9-11 классов характерно глубоко личностное отношение к предмету. В этом возрасте важно, чтобы задачи были внутренне приняты учащимися. Учет личных интересов учащихся необходим для того, чтобы создать условия для самоутверждения личности ученика, проявления и раскрытия способностей, в наиболее интересующей его области, но, как верно указывает  Смысл этих терминов в том, что задача интересна, может быть своим содержанием несущим новое, весьма полезное и красивое, с точки зрения ученика знание, или имеющих внешнюю форму, вызывающую интерес ввиду необычности способа предъявления, то есть занимательные задачи (задачи- рассказы, задачи- парадоксы, задачи- фокусы). Для формирования познавательного интереса необходимо средство обучения в виде сборника качественных задач. Задачи, в содержании которых, рассматриваются физические явления в природе, быту, производстве. Ситуации, которые учащиеся наблюдали или могли наблюдать, вопросы, ответ на которые интересует большинство учащихся. При таком условии эффективность формирования познавательного интереса возрастет, так как облегчит учителю поиск таких задач, и высвободит время для творческого планирования урока.

Проблеме использования непосредственно качественных задач и методике их решения уделяется очень мало внимания. Недостаточно разработаны и не нашли должного отражения в методической литературе вопросы о приемах постановки качественных задач, их подборе, системном использовании и рациональных методах решения. В то же время с появлением уровневой дифференциации, курсов по выбору, профильных школ и классов остро встал вопрос о методическом обеспечении и, в частности, о методике использования качественных задач при углубленном изучении.  Организация работы по решению качественных задач с учащимися является одним из наиболее трудных звеньев в преподавании физики. Но не стоит забывать, что качественные задачи занимают важное место и в физической науке и в системе современного физического образования, в том числе для развития и воспитания личности.