Програма курсу «Методи розв'язання задач з фізики»
Курс розрахований на учнів 10-11 класів профільної школи і передбачає вдосконалення підготовки школярів з освоєння основних розділів фізики.
Основні цілі курсу:
розвиток інтересу до фізики і розв'язання фізичних завдань;
вдосконалення отриманих в основному курсі знань і умінь;
формування уявлень про постановку, класифікації, прийомах і методах вирішення шкільних фізичних задач.
Програма елективного курсу узгоджена з вимогами державного освітнього стандарту та змістом основних програм курсу фізики профільної школи. Вона орієнтує вчителя на подальше вдосконалення вже засвоєних учнями знань і вмінь. Для цього вся програма ділиться на кілька розділів. Перший розділ знайомить школярів з мінімальними відомостями про поняття «завдання», дає уявлення про значення завдань у житті, науці, техніці, знайомить з різними сторонами роботи з завданнями. Зокрема, вони повинні знати основні прийоми складання задач, вміти класифікувати завдання по трьох-чотирьох підставах. У першому розділі при вирішенні завдань особлива увага приділяється послідовності дій, аналізу фізичного явища, проговариванию вголос рішення, аналізу отриманої відповіді. Якщо на початку розділу для ілюстрації використовуються задачі з механіки, молекулярної фізики, електродинаміки, то надалі вирішуються завдання з розділів курсу фізики 11 класу. При повторенні узагальнюються, систематизуються як теоретичний матеріал, так і прийоми вирішення завдань, беруться до уваги цілі повторення при підготовці до єдиного державного іспиту. Особливу увагу слід приділити завданням, пов'язаним з професійними інтересами школярів, а також завданням міжпредметного змісту. При роботі із завданнями слід звертати увагу на світоглядні і методологічні узагальнення: потреби суспільства і постановка задач, завдання з історії фізики, значення математики для вирішення завдань, ознайомлення з системним аналізом фізичних явищ при вирішенні задач та ін
При вивченні першого розділу можливі різні форми занять: розповідь і бесіда вчителя, виступ учнів, докладне пояснення прикладів розв'язання задач, колективна постановка експериментальних завдань, індивідуальна і колективна робота зі складання завдань, конкурс на складання кращою завдання, знайомство з різними задачниками і т.д . У результаті школярі повинні вміти класифікувати запропоновану завдання, складати найпростіші завдання, послідовно виконувати і проговорювати етапи вирішення завдань середньої складності.
При вирішенні завдань з механіки, молекулярної фізики, електродинаміки головна увага звертається на формування умінь розв'язувати задачі, на накопичення досвіду вирішення завдань різної складності. Розвивається сама загальна точка зору на вирішення завдання як на опис того чи іншого фізичного явища фізичними законами. Зміст тем підібрано так, щоб формувати при вирішенні завдань основні методи даної фізичної теорії.
Зміст програмних тим зазвичай складається з трьох компонентів. По-перше, в ній визначені завдання щодо змістовного ознакою, по-друге, виділені характерні завдання або завдання на окремі прийоми, по-третє, дані вказівки з організації певної діяльності з завданнями. Завдання вчитель підбирає виходячи з конкретних можливостей учнів. Рекомендується, перш за все, використати задачники з пропонованого списку літератури, а в необхідних випадках шкільні задачники. При цьому слід підбирати завдання технічного та краєзнавчого змісту, цікаві і експериментальні. На заняттях застосовуються колективні та індивідуальні форми роботи: постановка, рішення і обговорення вирішення завдань, підготовка до олімпіади, підбір і складання задач на тему і т.д. Передбачається також виконання домашніх завдань за рішенням завдань. У підсумку школярі можуть вийти на теоретичний рівень вирішення завдань: рішення за певним планом, володіння основними прийомами рішення, усвідомлення діяльності з вирішення задачі, самоконтроль і самооцінка, моделювання фізичних явищ і т.д.
Що таке фізична задача. Склад фізичної задачі. Фізична теорія і вирішення завдань. Значення завдань у навчанні і житті.
Класифікація фізичних завдань на вимогу, змісту, способу завдання і рішення. Приклади завдань усіх видів.
Складання фізичних завдань. Основні вимоги до складання завдань. Способи і техніка складання завдань. Приклади завдань усіх видів.
Загальні вимоги при вирішенні фізичних завдань. Етапи рішення фізичної задачі. Робота з текстом завдання. Аналіз фізичного явища; формулювання ідеї • рішення (план рішення). Виконання плану виконання завдання. Числовий розрахунок. Використання обчислювальної техніки для розрахунків. Аналіз рішення та його значення. Оформлення рішення.
Типові недоліки при вирішенні і оформлення рішення фізичної задачі. Вивчення прикладів рішення завдань. Різні прийоми і способи вирішення: алгоритми, аналогії, геометричні прийоми. Метод розмірностей, графічні рішення і т.д.
Координатний метод вирішення завдань з механіки. Рішення задач на основні закони динаміки: Ньютона, закони для сил тяжіння, пружності, тертя, опору. Рішення задач на рух матеріальної точки, системи точок, твердого тіла під дією кількох сил.
Завдання на визначення характеристик рівноваги фізичних систем.
Завдання на принцип відносності: кінематичні та динамічні характеристики руху тіла в різних інерційних системах відліку.
Підбір, складання і рішення за інтересами різних сюжетних завдань: цікавих, експериментальних з побутовим змістом, з технічним та краєзнавчим змістом, військово-технічним змістом.
Екскурсії з метою відбору даних для складання задач.
Класифікація задач з механіки: рішення задач засобами кінематики, динаміки, за допомогою законів, збереження.
Завдання на закон збереження імпульсу і реактивний рух. Завдання на визначення роботи та потужності. Завдання на закон збереження і перетворення механічної енергії.
Рішення завдань кількома способами. Складання задач на задані об'єкти або явища. Взаємоперевірка вирішуваних завдань. Знайомство з прикладами розв'язання задач з механіки республіканських і міжнародних олімпіад.
Конструкторські задачі та завдання на проекти: модель акселерометра, модель маятника Фуко, модель кронштейна, модель гармати з противідкатні пристроєм, проекти саморушних візків, проекти пристроїв для спостереження невагомості, модель автоколебательной системи.
Якісні задачі на основні положення і основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (МКТ). Завдання на опис поведінки ідеального газу: основне рівняння МКТ, визначення швидкості молекул, характеристики стану газу в ізопроцессах.
Задачі на властивості пар: використання рівняння Менделєєва - Клапейрона, характеристика критичного стану. Завдання на опис явищ поверхневого шару; робота сил поверхневого натягу, капілярні явища, надлишковий тиск у мильних бульбашках. Завдання на визначення характеристик вологості повітря.
Завдання на визначення характеристик твердого тіла: абсолютне і відносне подовження, теплове розширення, запас міцності, сила пружності.
Якісні та кількісні завдання. Усний діалог при вирішенні якісних завдань. Графічні та експериментальні завдання, завдання побутового змісту.
Комбіновані завдання на перший закон термодинаміки. Завдання на теплові двигуни.
Екскурсія з метою збору даних для складання задач.
Конструкторські задачі та завдання на проекти: модель газового термометра; модель запобіжного клапана на певний тиск; проекти використання газових процесів для подачі сигналів; модель теплової машини; проекти практичного визначення радіуса тонких капілярів.
Характеристика вирішення завдань розділу: спільне та різне, приклади і прийоми вирішення.
Завдання різних видів на опис електричного поля різними засобами: законами збереження заряду і законом Кулона, силовими лініями, напруженістю, різницею потенціалів, енергією. Рішення задач на опис систем конденсаторів.
Завдання різних видів на опис магнітного поля струму і його дії: магнітна індукція і магнітний потік, сила Ампера і сила Лоренца.
Рішення якісних експериментальних завдань з використанням електрометра, магнітного зонда та іншого обладнання.
Завдання на різні прийоми розрахунку опору складних електричних ланцюгів. Завдання різних видів «а опис електричних ланцюгів постійного електричного струму за допомогою закону Ома для замкнутої ланцюга, закону Джоуля - Ленца, законів послідовного і паралельного з'єднань. Ознайомлення з правилами Кірхгофа при вирішенні завдань. Постановка і рішення фронтальних експериментальних задач на визначення показань приладів при зміні опору тих чи інших ділянок кола, на визначення опорів ділянок кола і т.д. Рішення задач на розрахунок ділянки кола, що має ЕРС.
Завдання на опис постійного електричного струму в електролітах, вакуумі, газах, напівпровідниках: характеристика носіїв, характеристика конкретних явищ і ін Якісні, експериментальні, цікаві завдання, завдання з технічним змістом, комбіновані задачі.
Конструкторські задачі на проекти: установка для нагрівання рідини на задану температуру, модель автоматичного пристрою з електромагнітним реле, проекти і моделі висвітлення, випрямляч і підсилювач на напівпровідниках, моделі вимірювальних приладів, моделі «чорної скриньки».
Завдання різних видів на опис явища електромагнітної індукції: закон електромагнітної індукції, правило Ленца, індуктивність.
Завдання на змінний електричний струм: характеристики змінного електричного струму, електричні машини, трансформатор.
Завдання на опис різних властивостей електромагнітних хвиль: швидкість, відображення, заломлення, інтерференція, дифракція, поляризація. Завдання по геометричній оптиці: дзеркала, оптичні схеми. Класифікація задач по СТО і приклади їх вирішення.
Завдання на визначення оптичної схеми, що міститься в «чорному ящику»: конструювання, прийоми та приклади рішення. Групове і колективне рішення експериментальних завдань з використанням осцилографа, звукового генератора, трансформатора, комплекту приладів для вивчення властивостей електромагнітних хвиль, електровимірювальних приладів.
Екскурсія з метою збору даних для складання задач.
Конструкторські задачі та завдання на проекти: плоский конденсатор заданої ємності, генератори різних коливань, прилад для вимірювання освітленості, модель передачі електроенергії та ін
Література
1. Аганов А.В. та ін Фізика навколо нас: Якісні задачі з фізики. М.: Будинок педагогіки, 1998.
2. Бутирський Г.А., Саура Ю.А. Експериментальні задачі з фізики. 10-11 кл. М.: Просвещение, 1998.
3. Каменецький С.Є., Орєхов В.П. Методика розв'язування задач з фізики в середній школі. М.: Просвещение, 1987.
4. Малінін О.М. Теорія відносності в завданнях і вправах. М.: Просвещение, 1983.
5. Новодворська Є.М., Дмитрієв Е.М. Методика викладання вправ з фізики у втузі. М.: Вища школа, 1981.
6. Орлов В.О., Нікіфоров Г.Г. Єдиний державний іспит. Контрольні вимірювальні матеріали. Фізика. М.: Просвещение, 2004.
7. Орлов В.О., Нікіфоров Г.Г. Єдиний державний іспит: Методичні рекомендації. Фізика. М.: Просвещение, 2004.
8. Орлов В.О., Ханнанов Н.К., Нікіфоров Г.Г. Навчально-тренувальні матеріали для підготовки до єдиного державного іспиту. Фізика. М.: Інтелект-Центр, 2004.
9. Тульнінскій М.Є. Якісні задачі з фізики. М.: Просвещение, 1972.
10. Тульнінскій М.Є. Цікаві завдання-парадокси і софізми з фізики. М.: Просвещение, 1971.