Методика обучения учащихся решению графических задач по физике в основной школе

Определите, каково расстояние до лунки и с какой скоростью нужно запустить мячик, чтобы он докатился до лунки. Быстроту уменьшения скорости с течением времени во всех случаях считать одинаковой.









Решение. Пройденный путь может быть рассчитан как площадь фигуры под линией графика  (1). Следовательно, расстояние до лунки составляет (2). Чтобы мячик докатился до лунки, его следует запустить с такой скоростью (1, чтобы за t1 был пройден путь l. Так как наклон линии графика не меняется, то (1 = k(, t1 = kt, где k – коэффициент пропорциональности. Значит, l = k2(t/2, откуда . Следовательно, скорость должна быть более (1 = k( = 1,414 ( 6 м/с = 8,48 м/с (3).

Четвертый тип задач: использование в решении задач не только графика функции, но и других визуальных объектов задач (рисунков, схем, таблиц).
Пример 4.
Юный экспериментатор наливает в стеклянный цилиндрический сосуд последовательно две жидкости с различными плотностями. В процессе наполнения сосуда он измеряет массу сосуда с его содержимым. По результатам измерений экспериментатор построил график зависимости найденной массы m от высоты уровня жидкости в сосуде h, отсчитанной от дна сосуда (рис. 9).
Используя график и таблицу плотностей различных веществ, определите, какие жидкости были налиты в сосуд. Площадь основания сосуда равна S = 13 см2.
Примечание: объем цилиндра равен V = Sh.

Решение. Как следует из графика, высота обоих слоев одинаковая и равна 4 см (1). Найдем объем каждого слоя жидкости:  (см3) (2). Из графика находим, что масса первой жидкости равна m1 = 170,2 – 100,0 = 70,2 (г) (3), тогда ее плотность (4). Судя по таблице, первое вещество – это мед (5).
Масса второй жидкости равна m1 = 217,0 – 170,2 = 46,8 (г) (6), ее плотность (7), это – растительное масло (8).

Как мы видим, графических задач по физике существует огромное множество. На уроках физики их рассматривают не так часто, как требовалось бы. Поэтому у учащихся могут возникать различного рода затруднения.

2.3 Методические вопросы изучения материала с помощью графиков
Мы считаем, что работать с графиками нужно уже на этапе изучения материала по теме, так информация будет восприниматься намного лучше, а впоследствии задачи с графиками будут решаться успешнее. Поэтому учителю следует как можно чаще использовать графики на уроках.
Представим фрагменты организации теоретического материала при изучении физики в школе.
Графики проекции скорости
Проекция скорости при равномерном прямолинейном движении не изменяется по модулю. График проекции скорости при равномерном прямолинейном движении – прямая, параллельная оси времени.
Если график проекции скорости лежит над осью времени (1), то тело движется по направлению оси ох. Если график лежит под осью времени (2), то тело движется против оси ох (рис. 10).
По графику скорости можно определить путь, пройденный телом за промежуток времени. Он численно равен площади под графиком (рис. 11).












Уравнение координаты. График координаты
Уравнение координаты при равномерном прямолинейном движении имеет вид: .
График координаты является прямой линией.
Если с течением времени координата увеличивается (1), то тело движется по направлению оси ох. Если координата уменьшается (2), то тело движется против направления оси ох (рис. 12).
Если графики координат двух тел пересекаются, то из точки пересечения следует опустить перпендикуляры на ось времени и ось координат. Мы узнаем место и время встречи двух тел (рис. 5).









Также с помощью графика зависимости координаты от времени можно найти скорость тела как тангенс угла наклона графика (рис. 13, 14):















Графическое определение средней скорости
Пусть тело прошло первую половину пути за , вторую половину пути – за время . Определите среднюю путевую скорость тела, если длина пути равна 24 м.
Данную задачу можно решить аналитически, используя формулу для расчета средней скорости, а можно решить графически. Представим зависимость пройденного пути от времени для участков 1 и 2 (рис. 15).










Физический смысл средней путевой скорости:


С точки зрения методики обучения при изучении нового материала очень важно обсуждать и строить графики вместе с учащимися, а не давать их в готовом виде, тогда образовательного эффекта будет больше.
Также нам очень нравятся разработки, подготовленные для учащихся, участвующих в олимпиадных движениях (http://4ipho.ru/sborniki-i-sayty-olimpiadnyh-zadach/). Приведем в качестве примера фрагмент данной разработки (рис. 16).
В этих разработках говорится о культуре построения графиков. Мы считаем, что овладев данной культурой, учащиеся лучше и эффективнее будут решать графические задачи по физике.


Рисунок 16 – Фрагмент учебного пособия


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на основании анализа изученной литературы мы пришли к выводу, что решение учебных, в том числе и графических, физических задач является неотъемлемой частью учебного процесса, сложно воспринимается учащимися, однако соответствует их психологическим особенностям.
В зависимости от вида, учебная физическая задача выполняет определенные функции, может применяться для различных дидактических целей: изучение нового материала, его закрепление, диагностика развития тех или иных умений и пр.
Одним из видов школьных физических задач являются графические задачи. Они играют огромную роль в развитии мышления учащихся, в формировании более прочных знаний за счет понимания функциональной зависимости между различными физическими величинами. Однако на практике учащиеся испытывают большие трудности в решении физических задач с графиками. То есть требуется более детальное рассмотрение методики решения графических задач.
В рамках курсовой работы нами были сделаны шаги в изучении методики решения графических задач:
- была рассмотрена классификация графических задач, выделены основные группы графических задач
- были рассмотрены и проанализированы основные подходы к решению учебной физической задачи, в том числе и графической,
- были разобраны примеры решения графических физических задач,
- были предложены варианты организации нового материала с целью более глубокого понимания функциональных зависимостей физических величин уже на этапе знакомства с новым материалом.
Таким образом, поставленные задачи курсовой работы выполнены.
Мы считаем, что работа изучению методических вопросов обучения учащихся основной школы решению графических задач по физике является перспективной, необходимой для практики, и мы хотели бы продолжить наше исследование в будущем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Абросимов Б.Ф. Физика. Способы и методы поиска решения задач/ Б.Ф. Абросимов. - М.: Изд-во «Экзамен», 2006.
Балаш В.А. Задачи по физике и методы их решения: пособие для учителей / В.А. Балаш - М.: Просвещение, 1974.
Беликов Б.С. Решение задач по физике. Общие методы / Б.С. Беликов. - М.: Высшая школа, 1986.
Браверман, Э. М Развитие самостоятельности учащихся – требование нашего времени [Текст] / Э. М. Браверман // Физика в школе. – 2006. – № 2. – С. 15-19.
Бугаев, А. И. Методика преподавания физики в средней школе: Теорет. основы: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по физ.-мат. спец. [Текст] / А. И. Бугаев. – М.: Просвещение, 1981. – 288 с.
Бутырский Г.А. Классификация графических задач по физике и проблемы обучения их решению // Вестник ВятГУ. 2010. №1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/klassifikatsiya-graficheskih-zadach-po-fizike-i-problemy-obucheniya-ih-resheniyu
Возрастная и педагогическая психология. Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов [Текст] / под ред. проф. А. В. Петровского. – М.: Просвещение, 1973. – 288 с.
Давыдов, В. В. Теория развивающего обучения [Текст] / В. В. Давыдов. – М.: ИНТОР, 1996. – 554 с.
Еникеев М.И. Общая и социальная психология: Учебник для вузов. М.: Изд-во гр. НОРМА-ИНФА М, 2000
Каменецкий С.Е., Орехов В.П. Методика решения задач по физике в средней школе. Пособие для учителей. /; М., «Просвещение», 1971. – 448 с.
Коханов, К. А. Методология функционирования и развития школьного физического образования: монография [Текст] / К. А. Коханов, Ю. А. Сауров. – Киров: Изд-во ООО «Радуга-Пресс», 2012. – 326 с.
Коханов, К. А. Проблема задания и формирования современной культуры физического мышления: монография [Текст] / К. А. Коханов, Ю. А. Сауров. – Киров: Изд-во ЦДООШ; «Типография «Старая Вятка», 2013. – 232 с.
Майер, В. В. Против формализма в преподавании физики [Текст] / В. В. Майер // Физика в школе. – 2011. – № 7. – С.51-60.
Маркова, А. К. Психология обучения подростка [Текст] / А. К. Маркова. – М.: Знание, 1975. – 64 с.
Менчинская, Н. А. Проблемы учения и умственного развития школьника: Избранные психологические труды [Текст] / Н. А. Менчинская. – М.: Педагогика, 1989. – 224 с.
Мухина, В. С. Возрастная психология: феноменология развития, детство, отрочество: Учебник для студ. Вузов [Текст] / В. С. Мухина. – М.: Издательский центр «Академия», 2002. – 456 с.
Оноприенко О.В. Проверка знаний, умений и навыков учащихся по физике в средней школе: Кн. для учителя. – М.: Просвещение, 1988. – 128 с.
Оспенникова, Е. В. Формирование умения школьников анализировать результаты эксперимента и делать вывод [Текст] / Е. В. Оспенникова // Физика в школе. – 2005. – № 1. – С. 24-34.
Оспенников А. А., Оспенников Н. А. Виды задач по физике и их разнообразие в традиционных и цифровых учебных пособиях по предмету // Вестник Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета. Серия: Информационные компьютерные технологии в образовании. 2010. №6.
Примерная рабочая программа основного общего образования предмета «Физика» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://edsoo.ru/Primernaya_rabochaya_programma_osnovnogo_obschego_obrazovaniya_predmeta_Fizika_proekt_.htm
Разумовский, В. Г. Физика в школе. Научный метод познания и обучение [Текст] / В. Г. Разумовский, В. В. Майер. – М.: Владос, 2004. – 463 с.
Разумовский, В. Г. Модернизация школьного курса физики: 7-11 классы: методическое пособие / В. Г. Разумовский, А. Т. Глазунов, В. А. Орлов и др. – М.: Вентана-Граф, 2014. – 96 с.
Теория и методика обучения физике в школе: общие вопросы: учеб. пособие для студ. высш. пед. учеб. заведений [Текст] / С. Е. Каменецкий [и др.], под ред. С. Е. Каменецкого, Н. С. Пурышевой. – М.: Издательский центр «Академия», 2000.
Усова А.В. Практикум по решению физических задач: пособие для студентов физ.-мат. Ф-тов / А.В. Усова, Н.Н. Тулькибаева. – М.: Просвещение, 2001. – 208 с.
Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования [Текст]. – 2010. – 50 с.










17




40

80

120

160

200

0

s, км

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

t, ч

3,5

Рисунок 3 – Пример задачи



40

80

120

160

200

0

s, км

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

t, ч

3,5

Рисунок 4 – Решение задачи


Рис. 5

Рис. 6

Рис. 7

0 2 4 6 8


2

4

6

8

10

t, с

v, м/с

Рисунок 8

m, г
217,0
170,2

100,0


0 4 8 h, см

Рисунок 9

Вещество Плотность, кг/м3 Ртуть 13600 Серная кислота 1800 Мёд 1350 Молоко цельное 1030 Вода 1000 Масло растительное 900 Керосин 800 Ацетон 790



0

t, с

(х, м/с

1

2

Рис. 10


0

t, с

(х, м/с

1

t2

S=υxt

t1

Рис. 11


0

t

х

1

2

tвстречи

хвстречи

Рис. 12

х


0

t

х

Рис. 13

α



Δх

Δt




0

α

t

Рис. 14

S



S/2



0

t

S

Рис. 15

α

2 4 6 8

1

2