Главной задачей обучения специалистов на сегодняшний день является то, что теоретические и практические знания, полученные студентами в вузе, находили максимальное применение в их профессиональной деятельности. В век информационных технологий, когда объем информации с каждым днем увеличивается, ее невозможно усвоить за годы обучения в школе, а в дальнейшем и в вузе, если не найти новые подходы по методике обучения [7]. Основную нагрузку в этом направлении несут школы, так как на знаниях и умениях, закладываемых в средней школе, опирается обучение в вузе.
Не секрет, что физика является одной из самых сложных дисциплин в школе.
На сегодняшний день актуальна разработка новых технологий в преподавании физики в связи с введением федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) второго поколения. ФГОС нового поколения содержит системные обновления, которые касаются целей образования, его содержания и структуры, системы оценивания и технологий обучения [9].
Основной задачей обучения являются получение новых знаний в рамках учебного предмета и по их преобразованию и применению в учебно-исследовательской и проектной деятельности формирование научного типа мышления, способность к решению учебно-практических и учебно-познавательных задач, к самостоятельному поиску методов решения практических задач. Необходимо развивать у учащихся способность к самостоятельной информационно-познавательной деятельности, включая умение ориентироваться в различных источниках информации, критически оценивать и интерпретировать информацию, получаемую из различных источников.
И одним из ключевых моментов в этом направлении является решение физических задач в средней школе, т.к. решение задач позволяет понять и запомнить основные законы и формулы физики, развивает у учащихся навыки в использовании общих физических законов для решения конкретных задач, имеющих практическое применение.
Очевидно, что умение решать задачи является одним из главных критериев оценки усвоения программного материала. Основной проблемой при изучении физики в средней школе является неумение применять учениками теорию к решению задач, что является существенным пробелом в методике физического образования школ.
Целью данной работы является выработать единый «алгоритмический» подход к решению задач по механике.
Приведем основные принципы, без которых невозможно научить решать физические задачи:
1. Знание теоретического материала по данной теме, т.е.определения всех физических величин, их единиц измерения, формулировки законов физики и их запись в виде формул.
2. Умение проводить анализ задачи и выстраивать логическую цепочку исследуемых законов и понятий.
3. Хорошее владение математическим аппаратом.
Мы счиатем основной ошибкой при обучении физике требование в заучивании формул и определений. Теория должна запоминаться при её применении, либо при решении задач, либо при выполнении практических и лабораторных работ. Если у учащегося создается представление о физике как о предмете с огромным набором формул и определений, который невозможно запомнить, то такой подход к обучению физике в корне разрушает творческие способности учащихся и, кроме вреда такое обучение ничего не дает.
Основная методическая ошибка, которую допускают учащиеся, приступая к решению задач, это то, что они заостряют внимание на искомой величине и начинают записывать формулы, где искомая величина записывается через другие, дальше записывают очередные формулы, которые входят в исходную и.т.д. В итоге получается нагромождение формул, и чаще всего решение заходит в тупик.
Правильный подход к решению задачи состоит в том, что необходимо сначала проанализировать задачу, исходя из основных определений и законов физики, и текстовое условие задачи записать в виде математических соотношений [1, 2, 4]. Решение практически любой физической задачи состоит из трех этапов:
1. Физический.
Записать основные законы физики, необходимые для решения данной задачи, составив для них математические соотношения.
2. Математический.
Решение полученных уравнений для нахождения искомой величины.
3. Проверка размерности полученной физической величины и достоверности конечного результата.
По возможности эти этапы должны быть разделены. Например на первом этапе нежелательно начинать проводить математические преобразования и расчеты, здесь необходимо сосредоточиться на законах физики, которые следует применять для решения конкретной задачи, и применить алгоритм её решения и только после этого приступать к математичеким преобразованиям и расчетам. Получив расчетную формулу, необходимо проанализировать ее, что расширяет представление о рассматриваемом явлении. Задачу можно считать решенной только после третьего этапа.
Приведем общий алгоритм решения задач по физике, который мы будем конкретизировать в дальнейшем изложении для различных разделов физики.
Алгоритм решения задач по физике
1. Внимательно прочитать условие задачи.
2. Записать данные задачи с помощью общепринятых буквенных обозначений в системе СИ.
3. При необходимости выполнить рисунки или чертежи задачи.
4. Записать основные уравнения и законы, необходимые для решения конкретной задачи.
5. Найти решение в общем виде, выразив искомые величины через заданные.
6. Проверить правильность решения задачи в общем виде.
7. Произвести вычисления и проверить размерность.
8. Произвести оценку реальности полученного решения.
9. Записать ответ.
Кинематика равнопеременного движения
Основной подход к решению задач по кинематике равнопеременного движения состоит в записи уравнений движения применительно к условию конкретной задачи:
; 
; 
,
где 
и 
– проекции начальной скорости на оси x и y соответственно, ax и ay – проекции ускорения на оси x и y соответственно.
Записанные уравнения являются основными уравнениями кинематики, и их использование достаточно, чтобы решить любую задачу кинематики равномерного и равнопеременного движения [6, 8].
Приведем алгоритм решения задач по кинематике.
1. Дано. СИ.
2. Выбрать тело отсчета, систему координат, изобразить траекторию движения материальной точки.
3. Определить вид движения и написать кинематические уравнения для координаты (и скорости) движения вдоль каждой оси.
4. Спроецировать записанные уравнения на оси координат.
5. Решить полученную систему уравнений.
6. Произвести вычисления и проверить размерность.
7. Записать ответ.
Рассмотрим две задачи разных уровней сложности и применим к ним единый алгоритм решения задач.
Задача средней сложности [3]
Небольшой камень, брошенный с ровной горизонтальной поверхности земли под углом 30 градусов к горизонту, упал обратно на землю в 86,6 м от места броска. Какой максимальной высоты он достиг за время полета?
Физический этап решения
1) Дано: S = 86,6 м; α = 30 °
Найти: h.
2) Выберем тело отсчета и систему координат (рис. 1).
Рис. 1
3) Запишем кинематические уравнения для координат вдоль каждой оси:
; 
.
4) Спроецируем записанные уравнения на оси координат:
; 
.
Математический этап решения
5) Решаем полученную систему уравнений.
Из условия y = 0 получаем время полета:
,
подставляя полученное выражение в уравнение движения для x(t) и y(t) с учетом того, что при падении
; 
для максимальной дальности полета и максимальной высоты подъема, получаем
; 
.
Поделив h на S, получим расчетную формулу
.
Расчет и проверка размерности полученной физической величины.
6) 
[h] = [м]
7) ответ: 12,5 м.
Задача повышенной сложности [5]
На крышу дома высотой h с расстояния l от него мальчик хочет забросить мяч (рис. 2). Каково минимальное значение начальной скорости мяча для такого броска?
Рис. 2
Физический этап решения
1) Дано: h, l
Найти: ν0.
2) Выберем тело отсчета и систему координат (рис. 3).
3) Запишем кинематические уравнения для координат вдоль каждой оси:
; 
.
4) Спроецируем записанные уравнения на оси координат:
;
.
Запишем дополнительные условия
; 
.
Рис. 3
Математический этап решения
5) Решаем полученную систему уравнений.
Из условия yВ = 0 получаем время полета:
,
подставляя полученное выражение в уравнение движения для x(t) с учетом того, что
,
получаем выражение для начальной скорости в виде
.
Т.к. по условию задачи скорость должна быть минимальной, то
,
и окончательный результат для минимальной скорости после несложных математических преобразований записывается в виде
.
Проверка размерности полученной физической величины
6) 
;
7) ответ: 
.
Как видим, из рассмотренных примеров данный алгоритм позволяет решать задачи по кинематике разных уровней сложности по единому алгоритму, что поможет учащимся при решении практически любой задачи по кинематике.
Библиографическая ссылка
Будаева М.Р., Коцева М.А., Ципинова А.Х., Гергова А.Х., Азизов И.К. МЕТОДИКА ПОДГОТОВКИ УЧАЩИХСЯ ПРОФИЛЬНОГО КЛАССА К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ ПОВЫШЕННОЙ СЛОЖНОСТИ НА ПРИМЕРЕ ЗАДАЧ КИНЕМАТИКИ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 10-2. – С. 314-317;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36326 (дата обращения: 23.11.2024).