Эвристические методы решения задач, 7-9 класс

Департамент образования администрации города Братска

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 26»

«Эвристические методы решения задач»

методические материалы к уроку физики

7-9 класс

Разработал: Артёмова М.Н.

учитель физики

первой квалификационной категории

Братск 2011 г.

Эвристические методы решения задач.

Данная разработка содержит теоретические и практические материалы по организации работы по решению эвристических задач по физике. В разработке предложены материалы, в которых рассматриваются методы решения эвристических задач, основные их особенности. Каждый метод опирается на подбор задач, решая которые ученик освоит нетрадиционный подход к изучению физических явлений, что позволит в дальнейшем избежать конформизма в мышлении.

Разработка адресована учителям физики, учащимся 7-9 классов. Материалы разработки могут быть использованы на уроках, во время проведения предметной недели в школе, для индивидуальной работы с учащимися, увлекающимися предметом. Данная разработка легко адаптируется для учащихся 10-11 классов. Необходимо лишь подобрать соответствующие задания.

Цель данной разработки:

— создать условия для развития творческих способностей учащихся, мышления путём решения нестандартных, эвристических задач;

— расширить знания по основным вопросам курса физики, формировать умения самостоятельной работы с различными источниками информации: глобальной сетью Интернет, учебной, справочной и технической литературой, в том числе научными журналами.

Основные задачи:

— создать условия для развития интереса к изучению физики, творческих наклонностей учащихся и практических умений;

— учить распознавать физические законы и явления, подчёркивая общность законов науки и их универсальность;

— создать условия для приобретения учащимися опыта работы с источниками информации;

— развивать умения выдвигать гипотезу, наблюдать и описывать свойства различных объектов, придумывать конструировать приборы, делать выводы, участвовать в дискуссиях.

Актуальность опыта.

«Каждый ребёнок есть в известной степени гений», — эти слова Шопенгауэра определяют сущность и пути сотворчества. Неважно, какую профессию выберет в будущем ученик – творческое начало, ели оно есть, останется с ним всегда.

Данная проблема актуальна всегда, но особое значение она приобретает сегодня в быстро изменяющемся мире. Обществу необходимы нестандартно мыслящие, творческие люди, умеющие преобразить любую ситуацию.

К сожалению, в школе педагоги чаще всего уделяют внимание развитию критического, а не творческого мышления. На его развитие зачастую не хватает времени на уроке. Нагруженные знаниями ученики часто не имеют смекалки, сообразительности, зависимы от родителей.

Основные вопросы, которые требовали ответа:

— как разрешить противоречия педагогической практики: между потребностью общества в образованной, творчески развитой личности и падением интереса учащихся к образованию, к знаниям; между массовым характером обучения и индивидуальным способом усвоения знаний;

— как воспитать интерес к предмету физика.

Теоретическая интерпретация.

А.Дистервегр, выдающийся немецкий педагог-практик, в «Руководстве для немецких учителей», написанном в 1835 г., сравнивал «эвристический метод» с «сообщающим». Он видел развивающие возможности эвристического метода обучения, стимулирующего самодеятельность учащегося, способствовавшего тому, чтобы учащийся открывал истину путём собственного размышления и исследования. В 70-е годы в теории и практике проблемного обучения стало прослеживаться направление, которое можно назвать эвристическим обучением, которое разрабатывалось Л.Н. Ландой, В.И. Андреевым, Ю.К. Калюткиным. И.И. Ильясов (Структура процесса учения.–М.: Издательство МГУ, 1986.) выделил систему эвристических приемов решения задач:

1. Анализ условий задачи, анализ данных, анализ требований, анализ конфликта.

2. Доопределения, развёртывание определений явлений задачи, движение от конца к началу, подведение под логические категории, подведение под диалектические категории, сближение данных и цели, резонанс.

3. Изменение уровня обобщенности задачи, обобщение задачи, использование известной общей задачи, конкретизация задачи, использование известной конкретной задачи.

4. Включение в новые связи, подведение под компоненты деятельности, включение в другую неизвестную структуру, включение в другую известную структуру, введение дополнительных элементов или отношений (неизвестных и известных), переструктурирование, деление задачи на части.

5. Анализ допущений, выделение доминирующих идей, критика очевидных решений, поиск лишних условий.

6. Моделирование, перекодирование теста в схему (модель), символическая запись.

7. Выдвижение любых гипотез, выдвижение маловероятных гипотез, выдвижение противоположных гипотез.

8. Обоснование принятия и отвержения гипотез, обоснование выдвижения гипотез, анализ достоинств и недостатков гипотез.

9. Переключение на другие проблемы, параллельное решение нескольких задач, перерыв в решении задач.

10. Вживание в образ явлений задачи, принятие роли объекта или процесса задачи.

11. Регулирование уровня уверенности в себе, повышение уровня уверенности в себе, понижение уровня уверенности в себе.

Решение эвристических задач способствует развитию способностей и прогнозированию явлений, принятию оригинальных решений, развитию творческого мышления.

Содержание разработки.

Физическая задача – это ситуация, требующая от учащихся мыслительных и практических действий на основе законов и методов физики, направленных на овладения знаниями по физике и на развитие мышления. Способы решения традиционных задач хорошо известны: логический, математический, экспериментальный. Методика обучения этим способам опирается на алгоритмические или полу алгоритмические модели. Но при решении творческих задач эти методы порой оказываются бессильными.

Нестандартные задачи требуют нестандартного мышления, их решение невозможно свести к алгоритму. Поэтому наряду с традиционными методами необходимо вооружить учащихся и эвристическими методами решения задач, которые основаны на фантазии, преувеличении, «вживании» в изучаемый предмет или явление.

Эти методы не просто интересны, они раскрывают творческий потенциал ученика, развивают образное мышление, обогащают духовную сферу. Они помогут учителю показать физику, как предмет глубоко значимый для любого человека, огромный культурный аспект физической науки, сформировать устойчивый интерес к её изучению.

При решении эвристических задач формируются коммуникативные навыки, которые способствуют развитию умений работать в группе, отстаивать свою точку зрения. В процессе работы над эвристическими задачами учащиеся приобретают и развивают умения выдвигать гипотезу, наблюдать и описывать свойства различных объектов, придумывать и конструировать приборы, делать выводы, участвовать в дискуссиях.

Классификация методов решения эвристических задач:

Метод «вживания».

Сущность метода: с помощью чувственно-образных и мыслительных представлений человек пытается «переселиться» в изучаемый объект, как бы почувствовать и познать его изнутри.

Метод смыслового видения.

Сущность метода: концентрация внимания на изучаемом объекте позволяет понять (увидеть) его причину, заключённую в нём идею, внутреннюю сущность. Для его применения необходимо создание определённого настроя. Могут задаваться вспомогательные вопросы: «Какова причина этого объекта, его происхождение?», «Как устроен объект, что происходит у него внутри?», «Почему он такой, а не другой?», «Почему это происходит?».

Метод придумывания.

Сущность метода: создание нового, неизвестного ранее продукта, в результате определённых умственных действий. Используются такие приёмы, как замещение качеств одного объекта качествами другого; поиск свойств объекта в иной среде; изменение элемента изучаемого объекта и описание свойств нового, изменённого.

Метод «Если бы…..»

Сущность метода: составляется описание или рисуется картина о том, что произойдёт, если в мире что-то изменится, если с объектом произойдут изменения. Подобный метод не только развивает способность воображения, но и позволяет лучше понять устройство реального мира, его фундаментальные физические основы.

Метод гиперболизации.

Сущность метода: мысленно увеличивается или уменьшается объект познания, его отдельные части или качества. Новые свойства объекта приводят иногда к необычным идеям и решениям задачи.

«Мозговой штурм» (метод Осборна) и метод синектики (метод Гордона).

Эти методы похожи по организации и базируются на одних и тех же принципах. Но есть некоторые смысловые различия.

Сущность метода «мозговой штурм»: коллективный сбор как можно большего числа идей, в результате освобождения участников от инерции мышления и стереотипов в непринуждённой обстановке. Работа происходит в нескольких группах по схеме: генерация идей, анализ проблемной ситуации и оценка идей, генерация контридей. Генерация идей происходит в группе по определённым правилам. На этапе генерации идей любая критика запрещена. Всячески поощряются оригинальные мысли. Затем полученные в группах идеи, систематизируются, объединяются по общим принципам и подходам. Далее рассматриваются всевозможные препятствия к реализации отобранных идей. Оцениваются сделанные критические замечания. Окончательно отбираются только те идеи, которые не были отвергнуты.

Сущность метода синектики: метод основан на использовании различного вида аналогий (словесной, образной, личной), инверсии, ассоциации. В начале обсуждаются общие признаки проблемы, выдвигаются аналогии, используются аналогии для понимания проблемы, выбираются альтернативы, ищутся новые аналогии, затем возвращаются к проблеме.

Применяя те или иные методы, учитель должен учитывать, что каждый ученик может и, наверное, должен получить своё собственное решение творческой задачи. И это «добытое» знание можно преобразить и обогатить, но ни в коем случае не отвергать. Такой подход и будет эвристическим, от греческого слова «эвристика», что означает «нахожу».

Ожидаемые результаты:

— овладение учащимися методами решения эвристических и нестандартных задач;

— получение дополнительных знаний по физике;

— формирование умения участвовать в дискуссии, строить логическую цепь рассуждения, выдвигать гипотезы;

— развитие интереса к предмету.

Классификация задач по методам решения.

Метод «вживания».

1. Представьте, что вы растущая берёза. Ваша голова – это крона, туловище – стебель, руки – ветви, ноги – корни. Задача: предложите несколько способов измерения массы растущего дерева.

2. Вы фехтовальщик, выше лицо защищено железной маской. Вы хорошо видите публику. Задача: почему вы видите публику, а публика не видит ваше лицо?

4. Вы бегун и смотрите на себя в зеркало, держа его перед собой в вытянутой руке. Если вы бежите со скоростью света, увидит ли вы себя в зеркале?

5. Вы инопланетяне. Ваш человек весит 3000 Н на нашей планете. На вашей планете наш человек весил бы 300 Н. Определите ускорение свободного падения на нашей планете, если масса вашего человека в два раза больше массы нашего.

6. Вы очень спешите, достаёте шариковую авторучку и, прислонив свой дневник к стене, начинаете поспешно списывать расписание уроков на завтра. Но не успели дописать первое слово, как ручка «отказалась» писать. Вы машете ей, вертите в руках и снова начинаете писать, но пасты хватило на одну букву. Почему шариковая ручка «отказывается» писать, когда стержень  перевернут или расположен горизонтально?

7. Представьте, что вы попали на необитаемый остров, над которым периодически проносятся бури. Какие материалы вы мечтали бы найти на потерпевшем крушение судне, чтобы изготовить самодельный прибор для предсказания очередной бури? Как им пользоваться?

Метод смыслового видения.

1. Исследуйте все возможные физические свойства металлического шара любого размера, используя подручные средства (в том числе и имеющиеся в лаборатории). Запишите наиболее примечательные факты, которые вы обнаружили, поставленные вами вопросы и версии своих ответов.

2. Составь описание опыта, изображенного на рисунке. Продолжи следующие фразы:

Для опыта использовано оборудование: …
Сначала сделали следующее: …
При этом заметили, что …
Затем сделали следующее: …
После этого наблюдали, что …
Следовательно, опыт подтверждает, что …

3. Рассматривая инопланетянина по телевизору, ученик заметил, что рядом, на чем-то вроде каната, качался какой-то тяжелый предмет. Посмотрев на свои часы, ученик сумел довольно точно определить ускорение свободного падения на планете, с которой состоялась связь. Как он это сделал?

4. Как доказать, что кружка металлическая?

5. Укажите все возможные физические параметры человека?

6. Два полых шара, имеющих одинаковую массу и объём, покрашены одинаковой краской, царапать которую не желательно. Один шар изготовлен из алюминия, другой – из меди. Как проще всего узнать, какой шар изготовлен из алюминия, какой из меди?

7. Нужно узнать массу и длину медного проводника, из которого сделана обмотка катушки электромагнита. Катушку разматывать не хотелось бы. Можно ли выполнить задание, располагая источником тока, вольтметром, амперметром и микрометром?

8. Подлетев к незнакомой планете, космический корабль, выключив двигатели, вышел на круговую орбиту, и космонавты приступили к предварительным исследованиям. Могут ли они определить среднюю плотность вещества планеты, пользуясь для этой цели только часами?

9. Влажный снег – это смесь кристалликов льда с водой. Разработайте способ определения относительного содержания льда во влажном снеге.

 Метод придумывания.

1. Придумайте игрушку, принцип действия которой основан на законе Паскаля. Опишите принцип её действия.

2. Придумайте игрушку, принцип действия которой основан на законе Ома. Опишите принцип её действия.

3. Можно ли видеть зеркало? Придумайте игрушку, где используется данное явление. Опишите принцип её действия.

4. Придумайте игрушку «рентгеновский аппарат», которая позволяет видеть через непрозрачные предметы. Опишите принцип её действия.

5. Придумайте способы уменьшения веса тела.

6. В физике существует понятие силы тяжести. А могла бы существовать «сила лёгкости»? Какие физические явления она тогда характеризовала бы? С какими другими физическими величинами она была бы связана? Составьте и обоснуйте формулу, связывающую «силу лёгкости» с другими величинами.

7. Луч света имеет особенности прохождения через собирающую линзу. Что может быть собирающей линзой для звука? Предложите и опишите конструкцию такой линзы. Приведите примеры её возможного применения.

Метод «Если бы……..»

1. Опишите гипотетическую ситуацию на тему «Если бы тепло от более холодных тел самопроизвольно переходило к более нагретым телам….» Каков мог бы быть механизм такого процесса?

2. Как Вы думаете, существует ли идеальное вещество?   Т.е. вещество, которое практически не весит, не занимает объема, не пропускает тепла, не стареет, не ржавеет. Как его изготовить?

3. Как изменится количество дней в году, если изменить направление вращения Земли вокруг своей оси или вокруг Солнца на обратное вращение?

4. Представим, что на Венере зародилась жизнь, с течением времени там появились разумные существа. Развивая науку, они, в силу специфики окружающих условий, постоянно сталкивались бы с такими трудностями, которые совершенно незнакомы жителям Земли. На Венере, например, настолько густая облачность, что венеряне никогда бы не видели небесных светил. Возникает вопрос, смогли бы они догадаться о вращении Венеры вокруг своей оси и определить направление вращения? Предложите свой способ.

5. Американский физик Фейнман предлагал студентам следующую гипотетическую ситуацию: предположим, что человечество и плоды его трудов должны исчезнуть; разрешено оставить людям, которые появятся когда-нибудь, только одну фразу, которая помогла бы им быстрее пройти путь к совершенству, понести меньше потерь, чем понесла наша цивилизация в своём развитии. Какой должна быть фраза?

6. Если Земля остановится, то какие эффекты это вызовет?

Метод гиперболизации.

1. Что произойдёт, если скорость звука станет больше скорости света?

2. Вовочка  рассказывал:  «Мой рост  — 1,5 метра, а моя масса 50 кг. Интересно, какой  была – бы моя масса, если бы я вдруг стал великаном в 5 раз выше ростом?»  — спросил он  друга.

3. Как изменится линейная скорость и центростремительное ускорение точки веретена, если его радиус увеличить в два раза? Период считать не изменяющимся.

4. Как изменилась бы продолжительность земного года, если бы масса Земли стала равной массе Солнца, а расстояние между ними осталось тем же?

5. Что произойдёт в мире, если сила гравитации увеличиться в 10 раз?

6. Что произойдет, если человечество найдёт способы приблизиться к скорости света?

«Мозговой штурм» (метод Осборна) и метод синектики (метод Гордона).

1. Как известно, для электричества существуют силы притяжения и отталкивания. Могут ли существовать силы отталкивания для гравитации? Ответ обоснуйте.

2. Какой физический прибор можно создать на основе гвоздя? Опишите его назначение, принцип действия, границы применимости, схему.

3. Чем подтвердить, что тела, находящиеся на Земле, притягиваются к Луне?

4. Каким образом можно изменить плавучесть предмета?

5. Возможен ли такой случай: в человека стреляют, а он ловит пулю и спокойно кладет ее в карман?

6. В неглубокий сосуд налейте водопроводную воду. Толщина слоя должна быть 5 -7 см. Затем в пипетку наберите настойку йода (можно использовать «зеленку»). Осторожно опустите свободный конец пипетки под поверхность воды на глубину 2- 3 см. Выдавите из пипетки небольшое количество жидкости и уберите пипетку. Пронаблюдайте, как в воде образуется произвольной формы объем йодной настойки, который медленно, деформируясь, поднимается вверх. Как только он достигнет водной поверхности, произойдет взрывоподобное растекание йодной настойки по поверхности воды. Как объяснить наблюдаемое?

7. Какой физический прибор можно создать на основе медицинского шпица? Опишите его назначение, принцип действия, границы применимости, схему.

8. Будет ли кипеть вода в кружке, если кружка плавает на поверхности кипящей жидкости? Соблюдая меры предосторожности, проверьте ваше предположение на опыте и объясните его результат.

9. Допустим, у вас есть полый куб с зеркальными внутренними гранями. Вы включаете лампу, освещаете полость, а затем выключаете лампу. Останется ли свет внутри куба? Если останется, то, как долго он будет там существовать?

10. Как тело будет двигаться в колодце, прорытом сквозь Землю?

Литература:

1. Н.А. Алексеев, Личностно-ориентированное обучение в школе. – Ростов.: Феникс, 2006 г.

2. И.Ш. Слободецкий, Л.Г. Асламазов, Задачи по физике. – М.: Наука, 1981 г.

3. И.К. Кикоин, Опыты в домашней лаборатории. – М.: Наука, 1981 г.

4. Дж. Уокер, Физический фейерверк.- М.: Мир, 1988 г.

5. А.В. Усова, А.А. Бобров, Формирование у учащихся учебных умений. – М.: Знание, 1987 г.

6. В.И. Шелест, Физика в вопросах и ответах. – Новосибирск: НГУ, 1999 г.