Лекція 3. Текстові задачі з фізики

За способом подання умови фізичні задачі ділять на текстові, експериментальні, графічні, задачі – малюнки та інші. Найбільшого застосування в навчальному процесі отримали текстові задачі. Це такі задачі, умова яких сформульована словесно, у вигляді тексту, і містить всі необхідні дані, крім фізичних констант.

Текст задачі може містити дані, важливість яких для розв‘язування задачі неочевидна. Нехай, наприклад, дана така задача: “Радянський парашутист в 1945 р. здійснив рекордний стрибок з висоти 10,4 км і пролетів до висоти 600 м на протязі 150 с, не розкриваючи парашута. Визначити найбільшу швидкість польоту парашутиста, вважаючи його падіння рівноприскореним”. Для розв‘язування задачі неважливо, в якому році було зроблено стрибок і те, що він був рекордним. Значимість інших даних, наведених в задачі, менш очевидна і потребує ретельного аналізу. Наприклад: що значить “не розкриваючи парашута”; в якій точці траєкторії швидкість падіння найбільша; враховувати чи ні опір повітря. Тому для розв‘язування задачі із всіх даних потрібно вибрати лише суттєві. Це здійснюється в процесі побудови плану розв‘язування задачі і змушує розв‘язуючого цілеспрямовано аналізувати інформацію, яка міститься в умові задачі.

Умова задачі у вигляді тексту (текстовий код) виявляється незручною для образного уявлення задачі. Тому процес сприйняття задачі супроводжується перекодуванням її умови з допомогою коду більш високого порядку. Першою формою перекодування є перехід від задачі у вигляді тексту до короткого запису її умови у вигляді буквених і знакових позначень, виконання рисунків, схем електричних кіл та інше.

В залежності від характеру і методу дослідження явищ текстові задачі з фізики можна розділити на якісні та кількісні (обчислювальні). Якісними називаються такі, при розв‘язуванні яких враховуються лише якісні залежності між фізичними величинами. Для їх розв‘язування не, як правило, не потрібні обчислення. Розв‘язування якісних задач полягає у використанні фізичних законів до аналізу явищ, про які йде мова в задачі, тобто об‘єктом вивчення є фізична суть явищ на рівні їх пояснення. У зв‘язку з цим якісні задачі більше використовують на початковому етапі засвоєння навчального матеріалу.

Якісні задачі з фізики можуть бути сформульовані словесно, з опорою на ілюстрацію (рисунок, фотографію, схему, графік та інше), можуть передбачати використання експерименту. Наведемо приклади: “Капсулу з водою відкрили у космосі. Які процеси відбуватимуться при цьому”; “Чому кипляча вода спричиняє менші опіки, ніж її пара”

При розв‘язуванні якісних задач з фізики використовується аналітико – синтетичний метод, суть якого полягає тому, що з допомогою індукції та дедукції будуються логічні умовиводи, які ґрунтуються на фізичних законах.

Послідовність етапів розв‘язування фізичних задач може бути такою:

1) ознайомлення з умовою задачі, її осмислення та засвоєння;

2) аналіз змісту умови задачі, вияснення її фізичного змісту, побудова (в разі потреби) графіка, рисунка та інше;

3) аналітичні та синтетичні міркування для поділу складних явищ на ряд простих і об‘єднання результатів, отриманих шляхом використання фізичних законів до конкретного випадку в загальний висновок;

4) аналіз отриманої відповіді.

Якісні задачі з фізики підвищують інтерес до предмету, розвивають логічне мислення учнів, формують вміння використовувати знання для пояснення явищ природи та інше. Їх можна використовувати в процесі пояснення нового матеріалу, при його закріпленні та перевірці знань учнів. Якісні задачі включають у самостійні та контрольні роботи з фізики, а також у домашні завдання.

Задачі, при розв‘язувані яких встановлюються кількісні залежності між фізичними величинами, називають кількісними(обчислювальними або розрахунковими). Для отримання відповіді на питання задачі (у вигляді формули або числа) потрібно виконати відповідні математичні операції. Початковим етапом розв‘язування обов‘язковим є якісний аналіз, який потім доповнюється кількісним аналізом із знаходженням відповідних числових характеристик процесів. Проте в процесі навчання трапляються випадки, коли кількісні задачі розв‘язуються без достатнього якісного аналізу шляхом підставляння даних у формулу, яка підбирається за чисто формальними ознаками (бо вона вивчалася на цьому чи попередньому уроці). При цьому математичні операції можуть виступати на передній план, нівелюючи фізичну суть задачі.

Як встановили психологи, розв‘язування фізичних задач часто ускладнюється використанням громіздкого обчислювального апарату, який створює видимість мислительних зусиль, а на справді штучно стримує використання більш активних форм розумової праці. Надмірне захоплення математичними розрахунками при розв‘язуванні фізичних задач призводить до того, що фізична суть понять відступає на другий план, перетворюючись на різновидність математичних законів.

Таким чином, розв‘язування кількісних задач необхідно супроводжувати досить глибоким і усестороннім якісним аналізом, виявленням фізичної суті задачі. Кількісні задачі не потрібно протиставляти якісним, так як в основі розв‘язування задач обох типів лежить розуміння фізичної суті законів та уміння використовувати їх на практиці.

Розв‘язування кількісних задач сприяє глибокому засвоєнню фізичних понять, законів і теорій, формує дієві знання, уявлення про природу і т.д.

Виходячи із числа залежностей, які включені у задачу, кількісні задачі ділять на прості і комбіновані.

Прості задачі потребують нескладного аналізу і невеликих обчислень. Для їх розв‘язку, як правило, потрібні одна – дві формули. Мета розв‘язування таких задач – допомогти учням запам‘ятати формули, навчити постановці даних, конкретизації отриманих закономірностей, закріпити знання найменувань фізичних величин, деяких констант та ін. Такі задачі доцільно розв‘язувати у невеликій кількості після вивчення нової закономірності, а також включати в домашні завдання. За дидактичною метою ці задачі є тренувальними.

Якщо задачі вимагають використання багатьох закономірностей із різних тем та розділів фізики, то їх називають комбінованими. Такі задачі можуть містити проблемну ситуацію, а також елементи новизни. Наприклад: “Дві заряджені кульки, які підвішені на нитках однакової довжини, опускають в гас. Яка має бути густина матеріалу кульок, щоб кут розходження ниток в повітрі та гасі був однаковим? Діелектрична проникність гасу ε, густина гасу ρ”.

Комбіновані задачі з фізики можна використовувати для поглиблення знань учнів, розширення їх уявлень про взаємозв‘язки фізичних явищ, а також для тематичного контролю знань. За дидактичною метою такі задачі належать до задач з пізнавальним змістом.

У класифікації за змістом можна виділити задачі з історичним, політехнічним, міжпредметним змістом.

До задач з історичним змістом належать задачі, які містять відомості історичного характеру про фізичні досліди, відкриття, винаходи, методи визначення фізичних величин, фундаментальних констант та ін. Вони дозволяють ввести елементи історії фізики і техніки в курс фізики середньої школи. Наприклад: “В електричних лампах, створених Лодигіним (1872 р.), нагрівався вугільний стержень. Розрахувати потужність шестивольтової лампочки Лодигіна, якщо вугільний стержень мав довжину 6 см і діаметр 2 мм”. З допомогою задач з історичним змістом можна продемонструвати темпи науково-технічного прогресу. Розв‘язування задач історичного змісту сприяє розвитку допитливості, поглибленому та осмисленому засвоєнню фізики, вихованню учнів.

До задач з технічним змістом належать задачі, в яких наводиться інформація про транспорт, зв‘язок, промислове і сільськогосподарське виробництво. Вони повинні бути логічно пов‘язані з навчальним фізичним матеріалом і містити дані про технічні об‘єкти і явища, що широко використовуються в народному господарстві. Особливо цінними є задачі, в яких виконуються поширені в техніці розрахунки (визначення витрат електроенергії, розрахунок електричних кіл). Наприклад: “Розрахувати переріз алюмінієвого дроту лінії електропередачі від підстанції до підприємства, якщо довжина лінії l, передавана потужність Р, напруга, під якою передається електроенергія, U. Втрати потужності Р₁”.

Задачі з технічним змістом повинні не лише за змістом, але і за формою якомога точніше відповідати виробничим умовам (містити реальні дані, передбачати використання паспортних даних машин і установок, даних з довідкової літератури та інше). Використання таких задач в навчальному процесі сприяє політехнічній підготовці учнів, підвищує їх інтерес до фізики, знайомить з досягненнями і перспективами розвитку народного господарства.

В процесі вивчення фізики використовуються також задачі міжпредметного характеру (з геофізичним, біофізичним змістом). Розв‘язування таких задач дозволяє показати єдність законів природи, застосування деяких законів фізики до живих організмів, познайомити з методами досліджень, які використовуються у географії, біології, медицині.