Применение исследовательских задач в преподавании физики и подготовке к соревнованиям школьников

Министерство образования и  науки Украины

Луганский институт последипломного  педагогического образования

 

 

 

 

 

Кафедра естественнонаучных дисциплин  и методики их преподавания

 

 

Применение исследовательских  задач в преподавании физики и  подготовке к соревнованиям школьников.

 

Выпускная работа  
Камина Александра Александровича, слушателя курсов повышения квалификации учителей физики, учителя КЗ «НВК Луганская школа 1-2 ступеней-лицей № 24»

 

 

 

 

Луганск

2008

Содержание 

 

Введение	3
Часть 1. Турнир юных физиков.	4
Глава 1. История, задачи и правила  турниров юных физиков.	6
§1. История турниров	6
§2. Задачи турниров	7
§3. Правила	9
Глава 2. Подготовка турнирной команды	10
§1. Организация турнирной команды  и работы в ней.	11
§2. Решение оценочных задач.	12
§3. Дополнительные главы физики.	16
§4. Дополнительные главы математики.	19
§5. Работа над решениями турнирных  задач.	24
§ 6. Работа с литературой	26
§7. Подготовка команды к выступлению.	29
Глава 3. Примеры решения турнирных  задач	33
Часть 1. Космическая одиссея.	67
Заключение	75
Список литературы	77

 

 

Введение

Уважаемые коллеги!

Ни для кого из вас  не секрет, что в последние десятилетие  интерес школьников к физике оставляет  желать лучшего.  В этой работе предлагается один из способов возбуждать и поддерживать этот интерес. Суть способа  - применение на уроках и во внеклассной работе исследовательских задач – в большем объеме, чем это сейчас практикуется.

Этот материал испытан  автором на практике в течение  пятнадцати лет. В этой работе описаны две организационные формы, в которых можно обучать школьников решению исследовательских задач. Это Турнир юных физиков и занимательная астрономическая олимпиада для школьников «Космическая Одиссея». Опыт показал, что многие задания, которые подготовлены для этих мероприятий, учителя могут использовать и на уроках.

Кроме того, эти задания  могут послужить исходным материалом для выступления ребят на интеллектуальных конкурсах, детских научных конференциях, конкурсах-защитах МАН и т.п.

 

Часть 1. Турнир юных физиков.

Всеукраинский Турнир юных физиков – командное соревнование школьников. Участники Турнира должны, во-первых, решить ряд исследовательских  и изобретательских задач, и во-вторых, представить свои решения в убедительной форме, то есть защитить их в научной дискуссии. Участвуя в турнирах, старшеклассники на практике знакомятся с научной деятельностью, учатся работать в научном коллективе.

«Турнир – это модель реальной научной деятельности со всеми  ее атрибутами – находками и неудачами, сотрудничеством с коллегами, необходимостью доходчиво изложить результаты своей работы и отстоять свою правоту в научной дискуссии». (И.М. Гельфгат, кандидат физ-мат. наук, заслуженный учитель Украины).

Турнир юных физиков  существует уже 30 лет. 16 лет проводятся Всеукраинские турниры. Но разработанной методики работы с турнирной командой в литературе нет. Существуют только отдельные публикации в периодической печати. В журнале «Квант» можно найти подборки задач, предлагавшихся на Московских и Всероссийских и Всесоюзных турнирах. Журнал «Світ фізики и газеты «Шкільний світ», «Фізика в школах України» публикуют подробные репортажи о Всеукраинских турнирах и решения задач, представленные руководителями и участниками команд. В Одессе были выпущены брошюры «Турниры – не просто игра, Турниры – это серьезно» (составители – В.Я. Колебошин и П.А. Виктор). В этих брошюрах члены оргкомитета и жюри Турнира рассказывают том, что представляет собой ТЮФ, о его истории, о турнирных задачах, делятся впечатлениями о прошедших турнирах. Однако, тираж этих изданий – только 150 экз. у каждого выпуска. И понять по этим сборникам, как готовить команду к турниру, практически нельзя.

Моя разработка – попытка создать такую методику. Она предназначена для школьных и вузовских преподавателей, а также для студентов-физиков, которые хотят испытать себя в качестве руководителей турнирных команд. В ней будет рассказано об истории Турниров, о том, какими бывают турнирные задачи, каковы правила турнирных боев. Читатель найдет в ней рекомендации, как создать турнирную команду, как работать с турнирными задачами, как представлять уже полученное решение. Разработка проиллюстрирована примерами решений турнирных задач. Эти решения написаны автором и его коллегами, а также участниками луганских турнирных команд, побеждавших на всеукраинских Турнирах.

Эту разработку не стоит  воспринимать как догму. Как только Вы, уважаемый коллега, вместе с Вашими учениками прочтете список задач  очередного Турнира и начнете  эти задачи решать, у Вас возникнет  желание кое в чем согласиться с автором, кое-где поспорить с ним, а иногда и поступить наоборот. Кто прав – Вы или автор – Вы увидите по выступлению Вашей команды.

 

Глава 1. История, задачи и правила  турниров юных физиков.

§1. История турниров

Турнир юных физиков  – форма соревнований для школьников, придуманная профессором МГУ Е.Н. Юносовым в 1978 г. Сначала проводились только московские турниры. Затем турнир стал всесоюзным. В этих Всесоюзных турнирах регулярно участвовала команда Ришельевского лицея г. Одессы (ранее – СШ № 36). После развала Советского Союза преподаватели этого лицея и Одесского университета во главе с доцентом В.Я. Колебошиным стали инициаторами Всеукраинского Турнира юных физиков.

Всеукраинский Турнир проводится ежегодно с 1993 г. К нынешнему году прошло уже 16 турниров – в Одессе (8 раз), в Киеве и Херсоне (2 раза), в Харькове, Севастополе, Луцке и Запорожье (по 1 разу), Количество команд-участников турнира – от 9 до 20. Победителями турнира были команды Одессы (Ришельевский лицей – 9 раз, СШ № 117 – 1 раз), Лицея № 27 г. Харькова (5 раз), Лицея при Киевском Университете (4 раза), сборная Севастополя (1 раз), сборная Луганска (2 раза в 2000 и 2007 гг.). В 2007 году команда Луганска «Мания Величия» приняла участие в Международном турнире в Сеуле.

Юниорский турнир для учеников 8-9 классов проводится в Луганске ежегодно с 1997 года. Интересно, что инициаторами Юниорского Турнира были не взрослые, а старшеклассники. Они хотели подготовить себе смену и предложили задачи, доступные для учеников 8 – 9 классов. С тех пор половину задач Юниорского турнира предлагают не преподаватели, а студенты и старшеклассники - призеры Всеукраинского ТЮФ. К 2008 году прошло уже 11 таких турниров. Заметим, что, начиная с 2000 года, большинство победителей и призеров Всеукраинского Турнира были в свое время победителями и призерами Юниорского турнира. Это команды Киева, Харькова, Луганска, Херсона, Севастополя, Алчевска.

Насколько мы смогли проследить за 15 лет работы, турнирные бойцы, поступая в ВУЗ, оказываются в первой пятерке студентов на своем потоке. Многие из них после окончания Университетов на Украине и в России получили приглашения в крупнейшие научные центры Европы, Соединенных Штатов, Японии и Южной Кореи.

§2. Задачи турниров

Чем отличается турнир от олимпиады? Тем, что его задачи имеют ярко выраженный исследовательский характер. Вот что пишет о турнирных задачах член жюри Всеукраинских ТЮФ доцент Одесского Университета П.А. Виктор:

«Кто такой физик? Это  человек, отвечающий на самые первые вопросы, которые задают дети родителям, когда только начинают интересоваться прекрасным, загадочным миром вокруг себя.

– Папа, а почему небо голубое? А правда, что из глубокого  колодца даже днем можно увидеть  звезды? А почему скрипит снег? А  что происходит с улетевшим воздушным  шариком?

Потом, когда дети подрастают и начинают изучать физику, они  решают множество задач из множества  задачников. Задачи простые и посложнее. Но всегда в задаче что-то дано и  сказано, что именно нужно найти.

А почему же все-таки скрипит  снег? Что здесь дано? Что именно нужно найти?

Получается, что, научив школьника решать задачи, мы еще  очень немного сделали для  того, чтобы он сумел ответить на те «детские» вопросы, которые задает нам Природа. А она не задает прямых вопросов.

Научить самостоятельно формулировать научную работу и решать ее на доступном для школьника уровне и призваны Турниры юных физиков. Посмотрите на список турнирных задач, и вы увидите знакомые «детские» вопросы».

Если попытаться назвать  задачи турнира одним прилагательным, то лучше всего подходит термин «открытые задачи» – в отличие от «закрытых» – стандартных, конкурсных или олимпиадных. Закрытые задачи предполагают единственный ответ и, как правило, единственный подход к решению. Открытые задачи допускают множество подходов к решению и множество допустимых ответов. Как правило, решение открытой физической задачи сводится, в конце концов, к решению цепочки закрытых задач (см. примеры в главе 3). Открытые задачи могут быть изобретательскими – в них нужно придумать какое-либо новое устройство или усовершенствовать уже существующее, и исследовательскими – объяснить, почему происходит то или иное физическое явление. Частые гости на турнирах и задачи по истории науки. Вот примеры задач, которые предлагаются на Турнирах юных физиков:

 

Звукоизоляция. Как зависит интенсивность звука, прошедшего через окно, от параметров окна? Рассмотрите случай двухрамного окна.

Китайский скороход. Говорят, в Древнем Китае скороходы для увеличения скорости бега связывали ноги у щиколоток упругим шнуром. Исследуйте эффективность такого средства ускорения бега

Задача Паганеля. Профессор Жак Паганель интересуется, какой максимальной длины может достичь тень от кактуса в пампасах. Помогите ему.

Чудеса на кухне. Хозяйка помыла стаканы горячей водой и поставила их вверх дном на пластиковую поверхность стола. Стаканы почему-то поползли по столу. Что это? Очередная шутка Барабашки или закономерное физическое явление? В обоих случаях оцените эффект количественно.

Телеграф Эрстеда. На заре развития радиотехники результаты классических опытов Эрстеда по действию проводника с током на магнитную стрелку использовались для организации телеграфной связи. Попробуйте изготовить аналогичный “телеграф”, обладающий максимально возможной скоростью передачи и приема сигналов азбуки Морзе.

Фоноаппарат. Фотографический аппарат позволяет получить изображение окружающих предметов с помощью световых волн. Придумайте аналогичное устройство, использующее звуковые волны и определите его основные характеристики.

Гулливерия. Представьте себе, что линейные размеры всех объектов в природе увеличились в 10 раз. К чему это приведет?

Виртуальные мячи. Два космонавта в невесомости первоначально движутся навстречу друг другу. Во время движения они перебрасываются двумя мячами. Определите параметры их «рассеяния» при таком «взаимодействии».

 

Список из 17 подобных задач дается командам за несколько месяцев до Турнира. Команда решает эти задачи вместе со своим руководителем –  школьным учителем, студентом-физиком  или преподавателем ВУЗа. Е.Н. Юносов писал: «Хорошую турнирную задачу могут решать школьник и учитель, студент и ученый, коллективы и целые институты. На любом уровне она позволяет получать достойные внимания результаты, но никогда нельзя сказать, что проблема исчерпана полностью».

§3. Правила

Во время самих соревнований команда защищает свое решение не только перед жюри, но и перед  командами соперников. Для этого  проводятся физические бои с участием трех команд – докладчика, оппонента  и рецензента. Оппонент предлагает докладчику выступить с решением одной из предложенных задач. После доклада оппонент и рецензент в своих выступлениях оценивают положительные и отрицательные стороны решения. Далее происходит дискуссия по доложенному решению. Жюри оценивает не только решение докладчика, но и работу оппонента и рецензента, участие команд в дискуссии.

Вот что сказано в  правилах ТЮФ об обязанностях докладчика, оппонента и рецензента:

 

«Докладчик (один или  несколько членов команды) излагает суть решения задачи, акцентируя внимание слушателей на основных физических идеях и выводах. При этом желательно использовать заранее заготовленные рисунки, плакаты, слайды, фотографии, а также демонстрировать опыты, если задача экспериментальная.

Оппонент (один член команды) высказывает критические замечания  по докладу, объясняет положительные стороны представленного доклада, выявляет недостатки и ошибки. Выступление оппонента не должно сводиться к изложению собственного решения задачи и демонстрации собственных экспериментальных установок, подтверждающих или опровергающих результаты Докладчика (возможна лишь демонстрация явления, которое необходимо описать в данной задаче. Для такой демонстрации экспериментальная установка должна быть проста и понятна без дополнительных объяснений. При этом Оппонент должен воздержаться от комментариев, не связанных с докладом).