Презентация на тему "Тепловые двигатели. КПД тепловых двигателей" 8 класс

Проблемное обучение

на уроках физики.

На примере изучения темы

« Давление»

в 7 классе.

Багринцева Л.В.

г.Орел

школа № 7

Содержание.

Вступительная часть.

Структура и содержание курса физики с точки зрения задач проблемного обучения.

Способы создания проблемных ситуаций.

Процесс решения учебных проблем.

Проблемное обучение при объяснении нового материала.

Зависимость проблемного обучения от характера изучаемого материала.

Проблемное обучение и самостоятельный эксперимент учащихся.

Проблемное обучение при решении физических задач.

Проблемное обучение при выполнении домашних заданий.

Используемая литература.

Вступительная часть.

Умение учителя активизировать познавательную деятельность на уроке имеет большое значение для качественного усвоения ими учебного материала.

Уровни активизации, способы, приемы и средства активизации разнообразны.

Наиболее эффективным, действенным способом активизации мышления учащихся является проблемное обучение. Создание проблемных ситуаций, их анализ, активное участие учеников в поисках путей решения поставленной учебной проблемы активизирует мышление обучаемых и поддерживает глубокий познавательный интерес.

Чтобы использовать метод проблемного обучения учитель четко должен представлять себе следующее.

Какие цели преследует создание проблемной ситуации на уроке?

Что будет способствовать возникновению проблемной ситуации на уроке?

Какие интеллектуальные затруднения возникнут у учащихся при решении предложенной учителем задачи?

Как будет создана проблемная ситуация? Будет ли это проблемный вопрос, или задание, или демонстрация опыта и т.д.?

Как вовлечь учащихся в познавательный поиск?

Структура и содержание курса физики с точки зрения задач проблемного обучения.

Главная цель проблемного обучения – при минимальных затратах времени получить максимальный эффект в развитии мышления и творческих способностей учащихся, поэтому вопрос об отборе нужных (наиболее ценных) проблем, связанных между собой в единую систему, нельзя решать в отрыве от структуры и содержания материала.

При отборе проблемных заданий для самостоятельного выполнения необходимо учитывать, что:

самостоятельное выполнение проблемных заданий ведет к глубокому усвоению учениками соответствующих вопросов курса и способствует интенсивному умственному развитию учащихся;

на выполнение таких заданий затрачивается больше времени.

Поэтому обязательные для всего класса проблемные задания целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо обеспечить особенно глубокое и прочное усвоение материала. Понятно, что речь идет о наиболее важных и принципиальных вопросах курса: об основных физических понятиях и явлениях, о законах. В этих случаях дополнительные затраты времени себя оправдывают.

При составлении системы главных проблем необходима последовательность действий.

Определение стержневой идеи данного раздела, которая вытекает из общих целей и задач обучения и воспитания в процессе преподавания физики с учетом конкретного физического материала.

Например, в оптике – развитие представлений о природе света.

Выделение основных этапов в развитии центральной идеи.

Формулировка проблем, решение каждой из которых создает переход от одного этапа к другому. Это – главные проблемы в системе проблемного обучения (при объяснении нового материала), вскрывающего логику и закономерности развития науки. Они позволяют учащимся понять, что « внутренними пружинами» развития науки являются противоречия между господствующей научной концепцией и новыми опытными фактами, которые она не в состоянии объяснить; преодоление этих противоречий и означает движение науки вперед (появление новых идей и физических теорий).

В 7 – 8 классах система главных проблем, определяющих характер проблемного обучения, строится не на основе реальных исторических проблем, возникающих в физике, а на основе «чисто» учебных проблем.

3. Способы задания проблемных ситуаций.

Процесс решения учебных проблем.

Способы создания проблемных ситуаций.

Нередко одна и та же проблема может быть поставлена различными способами. Интерес и познавательная активность учащихся будут зависеть от того, как ставится проблема, каким путем учащиеся «вводятся» в проблемную ситуацию.

Ситуация неожиданности создается при ознакомлении учащихся с явлениями, выводами, фактами, вызывающими удивление, кажущимися парадоксальными, поражающими своей необычностью.

Ситуация конфликта используется в основном при изучении физических теорий и фундаментальных опытов.

Ситуация предположения состоит в выдвижении учителем предположений о возможности существования какой – либо новой закономерности или явления с вовлечением учащихся в исследовательский поиск.

Роль учителя при этом состоит в том, чтобы направлять ход обсуждения в

нужное русло, не задерживаясь подолгу на ошибочных соображениях.

Ситуация опровержения создается в тех случаях, когда учащимся

предлагается доказать несостоятельность какой – либо идеи, доказательства,

проекта, опровергнуть антинаучный вывод и т.п.

Ситуация несоответствия возникает в тех случаях, когда жизненный опыт,

понятия и представления, стихийно сложившиеся у учащихся, вступают в

противоречие с научными данными.

Например, поставив перед учащимися вопрос, производит ли атмосферный

воздух давление на находящиеся в нем тела, и получив отрицательный

ответ, учитель может провести какое – либо возражение, не носящее пока

характера доказательства: «ведь вода оказывает давление на погруженные в

нее тела, почему же воздух не может оказывать давления?».

Здесь можно выслушать все «за» и «против», попытаться найти

теоретическое решение, а затем подумать над идеей опыта, с помощью которого можно окончательно решить возникшую проблему. Таким опытом может быть любой из известных опытов, наглядно убеждающий в существовании атмосферного давления, например, опыт с магдебурскими тарелками.

Ситуация неопределенности возникает в тех случаях, когда предъявляемое

проблемное задание содержит недостаточно данных для получения

однозначного решения. В этом случае учащийся должен обнаружить

недостаточность данных. И ввести дополнительные, либо провести

исследование и определить границы, в которых может изменяться

искомое неизвестное.

Не всегда возникает необходимость в применении таких способов. Нередко сформулированная учителем проблема своим содержанием уже вызывает интерес учащихся, вовлекает в активную познавательную деятельность, т.е. создает проблемную ситуацию.

Процесс решения учебных проблем.

1 этап. Постановка проблемы.

Уяснение сути проблемы, ее формулировка, возможно постепенное

уточнение. Перед демонстрацией опытов можно задать вопросы: что

произойдет, если…; что будет, когда…?

2 этап. Прогнозирование. Выдвижение гипотез.

3 этап. Разработка способов проверки гипотезы и ее осуществление. При

обучении физике можно выделить два основных способа:

теоретическое обоснование гипотезы; 2) экспериментальное

доказательство.

Проблемное обучение при объяснении нового материала.

Проблемное изложение.

При проблемном изложении новой темы учитель часть программного материала излагает сам, формулирует познавательную проблему, которую надо решить на уроке, а затем предлагает ученикам прочитать в учебнике информацию, дополняющую его рассказ (это может быть параграф, либо выборочные места из него). Здесь учитель ставит перед учениками ряд вопросов, которые они могут найти в тексте. Далее учащимся предлагается ответить на проблемный вопрос, выдвинутый в начале урока, сопоставив рассказ учителя и материал учебника.

Учителю важно

продумать возможности предлагаемого материала для создания проблемной ситуации, а также способ выдвижения познавательной проблемы;

отобрать материал для рассказа учителя и для самостоятельного чтения учащихся;

построить учебный материал так, чтобы в изложении учителя была поставлена проблема и сформулирована гипотеза, а решение проблемы ученики нашли бы в учебнике (отбор аргументов, иллюстрированных фактов, доказательств);

продумать, как и чем можно дополнить информативный материал учебника для создания проблемной ситуации;

сформулировать проблемный вопрос или вопросы, направляющие самостоятельное аналитическое чтение учебника учениками.

Учащиеся должны делать конспективные записи изложенного (можно в форме плана). Учителю следует обдумать, что ученики должны записать.

При проблемном изложении часто оказывается полезным разделять материал на отдельные логические связанные части. После изложения каждой части, следует дать возможность учащимся задать вопросы.

Поисковая беседа (эвристическая беседа).

Смысл поисковой беседы – привлечение учащихся к разрешению выдвигаемых на уроке проблем с помощью подготовленной заранее учителем системы вопросов.

Пример по изучению вопроса о давлении газа.

Домашнее задание к такому уроку включает повторение вопроса о различии в молекулярном строении веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях.

1 этап – актуализация имеющихся у учеников знаний, подготовка базы для построения беседы.

Учитель. Тело сохраняет объем, но легко меняет форму. В каком состоянии

находится вещество, из которого состоит тело?

Ученик. Это жидкость.

Учитель. Можно ли газом заполнить половину сосуда. Ответ обоснуйте.

Ученик. Нельзя. Молекулы газа движутся свободно, и поэтому газы

заполняют весь объем сосуда.

Учитель. Сравните твердое и газообразное состояния вещества, назвав

характерные свойства и дав им объяснение.

Ученики. Проводят сравнение.

Учитель. На прошлом уроке мы говорили о давлении, которое оказывают на

опору твердые тела, о значении давления в природе и технике. А

газы, которые, как вы сейчас говорили, имеют иные свойства и иное

молекулярное строение, - оказывают ли они давление на стенки

сосуда, с которым соприкасаются.

Этот вопрос проблемный, ответ на него не содержится в прежних знаниях, и на данном этапе служит для постановки учебной проблемы.

После демонстрации опыта беседа продолжается.

Учитель. Почему наблюдается раздувание камеры?

Этот вопрос проблемный. Он вызывает интеллектуальное затруднение. Ученики должны догадаться, что мы наблюдаем. Это бывает трудно сделать.

Тогда учитель продолжает.

Учитель. Есть ли молекулы внутри камеры?

Как можно объяснить сохранение формы камеры до откачивания

воздуха?

Как объяснить раздувание камеры при откачивании воздуха?

И так далее…

Особенно эффективен этот метод на начальном этапе изучения физики. Он позволяет поддерживать интерес к проблеме исследования и стимулировать мышление.

Зависимость проблемного обучения от характера

изучаемого материала.

Проблемное изучение физических явлений.

Схема изучения физических явлений.

Наблюдение явления.

Обычно наблюдение явления осуществляется с помощью

демонстрационных опытов. Учитель должен поставить перед учащимися

определенные задачи. Например, подметить характерные особенности и их

объяснить.

Выявление характерных особенностей явления.

Происходит в ходе наблюдения явления.

Установление связей данного явления с другими ранее изученными и

объяснение природы явления.

Введение новых физических величин и констант, характеризующих

изучаемое явление.

Установление количественных закономерностей, относящихся к

рассматриваемому явлению.

Практическое применение явления: объяснение природных явлений,

применимость в технике, применение при решении задач и выполнении

лабораторно – практических работ.

Пример.

Изучение явления атмосферного давления можно начать демонстрацией опыта – прогибание резиновой пленки под действием атмосферного давления.

Учащиеся понимают, что прогибание пленки связано с откачиванием воздуха из цилиндра, а с внешней стороны на пленку действует какая – то сила. Постепенно они приходят к выводу, что прогибание пленки можно объяснить только давлением на нее окружающего воздуха. После этого они сравнительно легко отвечают на вопрос учителя: «Почему до откачивания воздуха из цилиндра пленка не прогибалась?».

Учитель показывает еще два опыта.

подъем воды в цилиндре вслед за поршнем;

раздувание резиновой камеры, помешенной под колокол воздушного насоса, при откачивании воздуха из-под колокола.

Учитель просит учащихся предсказать результат второго опыта.

Общий вывод, который делают учащиеся из опытов: атмосферный воздух производит давление на все находящиеся в нем тела.

Далее, естественно, возникает новый проблемный вопрос: как объяснить существование атмосферного давления? При направляющей помощи учителя учащиеся выясняют природу атмосферного давления.

Проблемное изучение физических законов.

Изучаемые в школе физические законы по способу их установления можно разделить на группы.

законы, которые устанавливаются экспериментально;

законы, которые устанавливаются теоретически.

Пример.

Можно провести опыты с шаром Паскаля, а потом сформулировать проблемный вопрос: почему возникают струи жидкости, ведь поршнем подействовали на воду в цилиндре; почему длина струй одинакова; почему струи вырываются со всей поверхности шара?

Проблемное изучение физических теорий.

Проблемное изучение особенно эффективно при изучении фундаментальных вопросов курса, которые носят характер обобщений, раскрывают существо важнейших идей и понятий физики.

Проблемное обучение и самостоятельный эксперимент

учащихся.

Самостоятельный эксперимент учащихся на уроках физики осуществляют в форме лабораторных работ, фронтальных опытов и физического практикума.

Фронтальный эксперимент.

Фронтальные лабораторные работы и опыты (или фронтальный эксперимент) составляют основу практической, экспериментальной подготовки при обучении физике. Здесь широкие возможности для проблемного обучения.

На экспериментальных работах (даже без инструкции) учащиеся могут решать небольшие проблемы. Лабораторные работы проблемного характера необходимы.

В общем виде фронтальный проблемный эксперимент включает следующие элементы:

1) нахождение общей идеи решения экспериментальной проблемы;

2) составления плана исследования;

3) выполнение работы;

4) обработка полученных результатов;

5) формулировка вывода.

Проблемный эксперимент учащихся как способ изучения нового

материала.

Пример.

При изучении архимедовой силы учащимся предлагают следующие задания.

Основные.

Исследовать зависимость выталкивающей силы от:

объема тела;

плотности жидкости.

Дополнительные.

Исследовать, зависит ли выталкивающая сила от:

плотности тела;

формы тела;

глубины погружения.

Если объем материала очень большой, то можно проблемный эксперимент разбить на дифференцированные задания. Класс делится на группы. Каждый ученик должен уяснить свою часть задания, и весь исследуемый вопрос.

Проблемный эксперимент при повторении и закреплении пройденного

материала.

Здесь исследовательская задача должна охватывать принципиальные вопросы курса.

Типы проблемных заданий, используемых при закреплении

и повторении материала.

Задания, цель которых – закрепление только что изученного вопроса темы.

Обобщающие задания.

Целью этих заданий являются повторение группы связанных между собой вопросов темы или всей темы.

Роль и место теории при выполнении учащимися проблемных

экспериментальных заданий.

В большинстве случаев физические исследования соединяют две части – экспериментальную и теоретическую. Теория либо объясняет результаты экспериментальных исследований, либо служит основанием для постановки исследований (проверки теоретически предсказанных результатов).

Проблемное обучение при решении физических задач.

Решение задач занимает важное место и является одной из наиболее эффективных форм изучения и закрепления теоретического материала и развития мышления. Проблемность обучения при решении физических задач предполагает систематическое применение в процессе обучения творческих задач, задач – проблем.

Проблемная или творческая задача – это задача, в которой сформулировано определенное требование, выполнимое на основе знания физических законов, но в которой отсутствуют какие- либо прямые и косвенные указания на те физические явления, законами которых следует воспользоваться при решении этой задачи.

Проблемное обучение при выполнении домашних заданий.

О значении проблемных домашних заданий.

Так как время урока ограниченно, то не все виды проблемных заданий могут быть использованы на уроках, например, задания на конструирование и изготовление приборов, постановку опытов, требующих длительного наблюдения или многократных проверок, и т.п. домашние проблемные задания открывают более широкие возможности развития одаренных и интересующихся физикой учеников. Для «слабых» учащихся полезные несложные проблемные индивидуальные задания, но цель их иная: заставить учащихся поверить в свои силы, пробудить интерес к физике.

Основные типы домашних проблемных заданий.

Исследовательские.

Конструктивные.

Рационализаторские.

Задания, в которых требуется обнаружить и устранить физическую ошибку.

Задания на проектирование физических опытов.

Задачи на отыскание физических способов решения практических задач.

Примеры проблемных ситуаций и учебных проблем.

Предположим мы выбрали метод постановки учебной проблемы с помощью опыта по обнаружению выталкивающей силы.

Тело подвешено к пружине, растяжение которой фиксируется стрелкой –

указателем на штативе. При опускании тела в воду пружина сокращается.

В чем дело? Создана проблемная ситуация.

Для анализа проблемной ситуации учащиеся актуализируют знания. И

высказывают мысль о том, что в воде на тело действует выталкивающая

сила. Формулируется учебная проблема: узнать, от чего зависит значение

этой силы и выяснить ее природу, выяснить как можно ее измерить.

Ученики высказывают предположение и их правильность можно тут же

подвергнуть экспериментальной проверке. Учащиеся обычно полагают, что выталкивающая сила зависит от объема тела, от его массы и от глубины погружения тела в жидкость. Далее проделывают опыты. Измеряют выталкивающую силу при погружении в воду двух тел равных масс, но разных объемов (равенство масс проверяется с помощью весов) и

устанавливают факт зависимости выталкивающей силы от объема

погруженного в жидкость тела. Вывод записывают.

Измеряют выталкивающую силу при погружении в воду двух тел равных

объемов, но разных масс, и устанавливают независимость выталкивающей силы от массы погруженного в жидкость тела. Вывод записывают.

Опровергается на опыте и гипотеза о зависимости выталкивающей силы от глубины погружения тела в жидкость.

Учитель наводящими вопросами также подводит учащихся к выводу о

зависимости выталкивающей силы от плотности жидкости, если учащиеся не догадываются об этом. Опыт с погружением тела в пресную воду и в крепкий раствор поваренной соли подтверждает предположение. Вывод записывают.

Сложные опыты для организации проблемной ситуации мало подходят. И занимательные опыты не могут быть использованы, если содержащийся в них «казус» не понятен ученику.

Например, всегда вызывает интерес опыт «Фонтан в пустоте». Однако проблемную ситуацию он не создает. Ибо учащиеся считают, что вода бьет в сосуд лишь потому, что там нет воздуха. Хотя существенным здесь является наличие атмосферного давления.

Использование качественных задач для развития общеучебных умений и навыков.

Это могут быть задачи следующих типов:

узнать, какие данные необходимы для определения какой-либо величины;

устранит причину независимого явления;

сконструировать прибор или устройство заданного назначения и т.п.

Примеры.

Как уменьшить, не отливая жидкости, ее давление на дно и стенки сосуда?

Налейте в стеклянный сосуд (в стакан или банку) произвольное количество воды. Сделайте необходимые измерения и рассчитайте давление на дно сосуда.

Допустим, вам нужно показать на опыте, что давление металлического цилиндра на влажный песок (или глубина его погружения в песок) зависит от площади опоры цилиндра. Какие два из трех цилиндров вы выберите? Объясните, почему вы выбрали именно эти цилиндры?

Последняя задача способствует пониманию такого важного метода экспериментального исследования как: чтобы исследовать зависимость одной величины У от другой Х, надо менять Х и наблюдать - прямо или косвенно – за изменением значений У; при этом все остальные величины, от которых зависит У, должны быть неизменным.

Гвоздь вбивают в деревянный брусок. От чего зависит глубина, на

которую гвоздь войдет в дерево за один удар молотка?

Ответы учащихся:

только от силы удара;

только от площади острия гвоздя;

от силы удара, площади острия и твердости дерева;

от давления гвоздя на брусок и твердости дерева.

Какой ответ правильный?

Заметим, что в приведенной задаче не один, а два верных ответа. Поэтому ее использование помогает научить не только отличать правильное от ошибочного, но и видеть одну и ту же суть за разными формулировками.

Литература.

Р.И Малафеев: «Проблемное обучение физике в средней школе». – Москва «Просвещение» 1980.

Н.М. Зверева: «Активизация мышления учащихся на уроках физики». – Москва «Просвещение» 1980.

Л.А.Иванова: «Активизация познавательной деятельности учащихся при изучении физики». - Москва «Просвещение» 1983.

Журнал «Физика в школе» 1993.