Экспериментальные задачи по физике в 7 классе



В статье описывается способ определения типа экспериментальных задач по продуктивности, приводятся примеры простых в воспроизведении, но разных по сложности задач с использованием жидкости.

Ключевые слова: экспериментальные задачи, типология задач, репродуктивная задача, продуктивная задача, творческая задача.

«Буря в стакане воды», — и хотя первоначально эту фразу сказал французский мыслитель Монтескье о политических событиях, она полностью описывает сложившуюся ситуацию в современной школе с экспериментальными задачами. Споры, которые ведутся о нецелесообразности использования экспериментальных задач, полностью соответствуют этому фразеологизму. Постараемся доказать обратное.

Определение понятию «задача» данное и в методике, и в психологии совпадает. Так, в словаре Ожегова, задача — упражнение, выполняемое посредством умозаключения. В педагогике — способ достижения цели. В психологии задача определяется как цель, данная в определенных условиях [1, С. 43] Цель в задаче указывается в требованиях, а условия ее выполнения — в формулировке задачи. Условия ее достижения указываются также в способе ее достижения. Так экспериментальные задачи уже в формулировке указывают на необходимость измерить, собрать цепь, погрузить тело в жидкость, т. е. проделать эксперимента, а затем по полученным данным вычислить неизвестную искомую величину. Как правило, способ действия неизвестен, но он предполагает обращение к известным способам достижения целей, к известным способам деятельности. Т. е. экспериментальные задачи такого типа переносят известные способы деятельности в неизвестные начальные условия. Т.е получение нового продукта путем оперирования системой известных способов действия.

Обращаясь к структуре любой задачи и выделяя в ней три макроэлемента: условие, требование и способ решения [1, С. 44], в зависимости от того какие макроэлементы известны, можно произвести деление задач по их продуктивности. В репродуктивных задачах условие и требование — известны, а способ решения задан и многократно был применен, либо изначально не известен, но он следует из набора данных.

В продуктивных задачах условие и требование так же являются известными, а способ решения не является прямым, в явном виде не известен, но его можно получить, комбинируя и компилируя известные способы действия. Т. е. итогом решения такой задачи будет продукт — способ решения задачи.

В творческих задачах способ решения неизвестен, условие дано не полностью, либо не даны начальные условия, но известен тип решения (неявно данное требование), например, решить экспериментально, если дано указание: подберите самостоятельно приборы, графически, если указано, что потребуется бумага в клетку, миллиметровая бумага.

Использование в урочной системе экспериментальных задач по физике позволит не только применять деятельностный подход на уроках, но и в рамках этого подхода, научить учащихся применять методы, используемые на практике: в лабораторных работах, в демонстрационном и фронтальном эксперименте, в решении задач. Покажет учащимся тесную связь различных способов решения, а также поможет выявить межпредметные связи физики, математики, биологии, географии.

Репродуктивные экспериментальные задачи необходимы для совершенствования умений работы с лабораторным оборудованием, на отработку умения находить известные способы решения с измененных ситуациях. А продуктивные и творческие задачи направлены на развитие продуктивного мышления учащихся. Таким образом, экспериментальные задачи по физике — это одно из направлений развития продуктивного мышления.

Использование репродуктивных задач позволит сделать урок более насыщенным, поможет переключить учащегося на другой вид деятельности, но, тем ни менее, даст возможность для совершенствования навыков. Покажет значимость умения решать задачи для практики для жизни.

Продуктивные и творческие задачи могут встретиться учащемуся на олимпиадах различного уровня, подготовят его к тому, что умение работы с системой навыком может помочь в сложных ситуациях, требующих творческого подхода, научит разбивать сложную ситуацию на ряд простых, покажет, что многие задачи, не имеющие простого, на первый взгляд, решения, решаются экспериментальными методами. Такими задачами могут быть задачи с данным набором материалов и указанием, какую величину необходимо измерить, либо задачи на определение неизвестной величины с возможностью самостоятельного подбора материалов.

Достаточно проблематично определить уровень задачи по продуктивности и, тем самым, определить уместность этой задачи на том или ином этапе урока — темы. Для определения уровня и удобства анализа текста задачи будем применять таблицу, составленную Калошиной И. П.

Приведем ряд примеров с определением типа задачи и приведем возможное решение. В любом кабинете самым доступным оборудованием являются разнообразные емкости и вода. Все примеры нацелены на учащихся 8–10 классов, поэтому в статье подобраны задачи, легко воспроизводимые в любом кабинете и не требующие специальных приспособлений или сложной подготовки.

Задача 1. Определить плотность неизвестной жидкости, с помощью груза, динамометра, стакана с водой.

Оборудование (для учителя): стакан с водой, стакан с неизвестной жидкостью: раствор соли, раствор медного купороса. Раствор соли можно подкрасить пищевым красителем или акварельной краской, динамометр, груз (цилиндр, шарик на нити, кусок пластилина на нити).

Таблица 1

Анализ условия иопределение типа задачи

Макроэлемент задачи	Макроэлемент вструктуре деятельности	Пример из текста
Условие задачи	Предмет деятельности	Жидкость неизвестной плотности
Требование задачи	Цель деятельности	Определить плотность жидкости
Способ решения	Орудия и операции	Экспериментально Измерение веса
Примечания к задаче	Дополнительные характеристики	С помощью груза, динамометра, стакана с водой Сравнение выталкивающей силы, действующей на тело в воде, в неизвестной жидкости, в воздухе

Тип задачи: репродуктивный.

Возможное решение. Поскольку дан стакан с жидкостью известной плотности (с водой) будем использовать действие в жидкости выталкивающей силы (силы Архимеда).

В воздухе на тело действует сила тяжести.

В воде — сила тяжести и сила Архимеда. Вес тела в воде

Рвод = mg-Fа вод

Рвод = mg- ǷводgV (1)

Вес тела в неизвестной жидкости:

Рх= mg-Fа х

Рх = mg- ǷхgV (2)

Перепишем выражения 1 и 2 в следующем виде

ǷводgV = mg- Рвод (3)

ǷхgV = mg- Рх (4)

Поделим выражение 3 на выражение 4. После преобразования получим

Выведем выражение 5 для нахождения плотности:

(5)

Т. е. для нахождения плотности неизвестной жидкости достаточно измерить вес тела в воздухе, в воде и в неизвестной жидкости.

Ход работы:

1. Определить Р вес тела в воздухе.
2. Определить Рвод вес тела в воде.
3. Определить Рх вес тела в неизвестной жидкости.
4. Вычислить плотность жидкости, используя формулу 5

Задача 2. Определить плотность вещества спрятанного в кусок пластилина, если даны 2 одинаковых куска пластилина, в один из которых спрятано тело, весы, стакан с водой, динамометр, мензурка.

Оборудование (для учителя): 2 одинаковых куска пластилина, в один из которых спрятано тело (гайка или тело имеющее не большие размеры и массу 20–60 г), весы, стакан с водой, динамометр.

Примечание: Если тело неизвестной плотности не спрятать в пластилине, то предупредить учащихся о необходимости избегать образования воздушных полостей при помещении тела внутрь пластилина.

Таблица 2

Анализ условия иопределение типа задачи

Макроэлемент задачи	Макроэлемент вструктуре деятельности	Пример из текста
Условие задачи	Предмет деятельности	Тело неизвестной плотности
Требование задачи	Цель деятельности	Определить плотность тела, спрятанного в пластилин
Способ решения	Орудия и операции	Экспериментально Измерение массы, измерение веса в воде, измерение веса в воздухе
Примечания к задаче	Дополнительные характеристики	С помощью весов, динамометра, стакана с водой. Сравнение веса в воздухе и в воде. Вычисление массы и объемов тел.

Тип задачи: продуктивный.

Возможное решение.

Что бы узнать плотность тела необходимо узнать массу и объем.

Узнаем, измеряя весами, массы каждой половинки пластилина. Вычисляем разницу в массе: m₁,m₂, m_т.

m_т= m₁- m₂

Чтобы определить объем воспользуемся разницей веса в воздухе и воде.

Fa=Pвозд-Pвод

Fa=ρgV

Pвозд-Pвод = ρgV

V= (Pвозд-Pвод)/ ρg

Определить объем V₁,V₂ для каждого куска пластилина.

Объем неизвестного тела V_т = V₁ -V₂

Для того, чтобы определить плотность тела необходимо:

ρ=m_т/V_т

ρ= (m₁- m₂) / (V₁ -V₂)

Ход работы:

1. Измерить массы каждого тела и разницу масс
2. Измерить вес каждого куска пластилина в воздухе и в воде
3. Вычислить объемы каждого куска пластилина
4. Вычислить плотность.

Литература:

1. Калошина И. П. Психология творческой деятельности: учебное пособие. М. ЮНИТИ-ДАНА, 2003. 431 с.
2. Глебова М. В. Подходы к характеристике продуктивного мышления в отечественных и зарубежных психологических исследованиях // Психология, социология и педагогика. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://psychology.snauka.ru/2015/04/4783 (дата обращения: 19.11.2016).