Применение электронного сборника задач при изучении квантовой оптики в средней общеобразовательной школе

Условие –  это часть задачи, содержащая сведения о физических объектах, явлениях, процессах, их состояниях и др.

Требование  –  это та часть задачи, в которой  указана цель ее решения, т. е. все то, что необходимо установить в результате решения (найти неизвестную величину, доказать наличие или отсутствие какого-либо свойства или отношения, построить, составить, преобразовать объекты задачи) [19].

Л.М. Фридман  к этим элементам в структуре  задачи добавляет оператор. Оператор – совокупность действий (операций), которые надо произвести над условием задачи, чтобы выполнить ее требования [18].

Более обобщенный подход к решению вопроса о структуре  задачи предлагает В. М. Глушков. Он в  задаче разделяет задачную и решающую системы. К задачной системе относятся условия и требования задач. В решающую систему входят научные методы, способы и средства, которые в нашем понимании являются источниками создания конкретных алгоритмов и эвристик для решения задач [19].

Таким образом, задачная и решающая системы составляют структуру задачи, в которую входят исходные объекты, подвергающиеся определенному преобразованию, и продукты этого преобразования.

Структуру задачи определяет характер отношений, связей и зависимостей между условием и требованием, заданными и искомыми величинами задачи. Если учащиеся знакомы со структурой задачи, то это облегчает анализ задачи и поиск методов и средств решения

1.3 Уровни сложности физических задач

Во многих сборниках  задач по физике содержатся задачи разной сложности (трудности). Выделяются  различные группы задач: простые, сложные и очень сложные задачи (низкого и среднего уровня сложности, повышенной сложности и олимпиадные). Однако при этом критерии отнесения задач к разным уровням сложности не определяются однозначно.

Понятия  «сложность задачи»  и  «трудность задачи» в методике преподавания физики часто применяют как понятия синонимы, поскольку ими характеризуется и субъективная сторона решения задачи – сможет ли учащийся решить или нет.

Трудность задачи в большей  степени характеризует субъективность ее решения, чем содержание, сложность же – наоборот.

Наряду с субъективными  признаками рассматриваемого понятия  имеются и объективные. Их можно  выделить исходя из анализа структуры  физической задачи, который представлен на рисунке 1.

Критериями сложности  задач являются: количество и сложность взаимосвязи объектов исследования; применяемый способ задания задачной ситуации; явный или неявный  способы формулировки требования; сложность применяемого математического аппарата. В явном виде требование  задачи сформулировано в том случае, когда необходимо найти значение одной или нескольких физических величин, являющихся характеристиками объектов исследования.  Исходя из выделенных критериев сложности задач, можно следующим образом выделить уровни сложности задач (таблица 1) [10].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Основные этапы решения задач

 При решении физических  задач можно выделить определенные  этапы. Так

В.А. Балаш  –  решение большинства физических задач расчетного характера делит  на четыре этапа: а) анализ условия задачи и его наглядная интерпретация схемой или чертежом; б) составление уравнений, связывающих физические величины мо, которые характеризуют рассматриваемое явление с количественной стороны; в) совместное решение полученных уравнений относительно той или иной величины, считающейся в данной задаче неизвестной;  г) анализ полученного результата и числовой  расчет [1].

Уровни сложности задачи                                                         Таблица 1

Уровень сложности задачи	Объекты исследования	Требования задачи	Способ задания условия	Математический аппарат
1	Одно явление (один процесс). 1-2 объекта	Объяснить и прогнозировать ход явление	Текстовый, задача- рисунок	Не применяется
2	Одно явление (один процесс). 1-2 объекта	Задано в явном виде. Найти значение одной физической величины	Текстовый, задача- рисунок	Простой
3	Одно –два явления (один –два процесса). 1-2 объекта	Задано в явном виде. Найти значение 1-2 физических величин	Текстовый, задача- рисунок	Простой
4	Два –три явления (Два –три процесса). 2-3 объекта	Задано в явном виде. Найти значение 1-2 физических величин	Текстовый, графический	Не очень сложный
5	Два –три явления (Два –три процесса). 2-3 объекта	Задано в неявном  виде. Найти значение 1-2 физических величин	Любой	Сложный

 

Б.С. Беликов –  различает три этапа: физический, математический и анализ решения. Физический этап начинается с ознакомления с условиями задачи и заканчивается составлением замкнутой системы уравнений, в число неизвестных которой входят и искомые величины. После составления замкнутой системы уравнений  задача  считается  физически  решенной [2].

Математический этап начинается решением замкнутой системы  уравнений и заканчивается получением числового ответа. Этот этап можно  разделить на два следующих: а) получение решения задачи в общем виде; б) нахождение числового ответа задачи. Решив систему уравнений, находят решение задачи в общем виде. Произведя арифметические вычисления, получают числовой ответ задачи [2].

После получения решения  в общем виде и числового ответа проводят этап

анализа решения. На этом этапе выясняют, как и от каких физических величин зависит найденная величина, при каких условиях эта зависимость осуществляется и т. д. [2].

А.И. Бугаев выделяет следующие этапы решения физической задачи: 1)  чтение условия и выяснение смысла терминов и выражений; 2)  краткая запись условия: выполнение соответствующего ему рисунка (чертежа, схемы, графика); 3) анализ содержания задачи с целью выяснения ее физической сущности и отчетливого представления учащимися рассматриваемого в условии явления или состояния тел, восстановление в памяти учеников понятий и законов, которые нужны для решения;

4)  составление плана  решения (проведения опыта), дополнение  условия физическими константами и табличными данными; анализ графических материалов (графиков, фотографий и т. п.); 5)  перевод значений физических величин в единицы СИ; 6) нахождение закономерностей, связывающих искомые и данные величины, запись соответствующих формул; 7)   составление и решение системы уравнений в общем виде (сборка установки для опыта и выполнение его); 8)  вычисление искомой величины (анализ результата эксперимента); 9) анализ полученного ответа; оценка влияния упрощений, допущенных в условии и при решении (выполнении эксперимента); 10)  рассмотрение других возможных способов решения задачи; выбор из них наиболее рационального [3].

А.В. Усова и Н.Н. Тулькибаева  выделяют этапы решения задач: 1) подготовка решения (прием, восприятие, представление информации, распознавание заданной ситуации на основе известных, разработка вариантов решения, выбор решения, оценка эффективности выбранного решения); 2) принятие схемы решения (волевое действие); 3) решение (осуществление принятого решения) [19].

 Анализ описанных подходов по выделению этапов решения физических задач позволил их детализировать и представить их в виде:

- восприятие задачной ситуации, краткая запись условия (методы восприятия –

словесные, текстовые, экспериментальные, перевод единиц измерения в СИ,

выполнение рисунка, схемы или чертежа);

- анализ задачной ситуации (выделение взаимодействующих элементов,

изменение условий взаимодействия тел, изменение состояний взаимодействующих тел, введение параметров состояний);

- составление плана решения (выделение и установление функциональных зависимостей между параметрами, установление очередности выполнения действий);

- реализация плана решения (составление системы уравнений, решение уравнений, выполнение действий, расчет искомой величины);

- анализ полученного результата.

С целью изучения проблемы трудностей учащихся при решении задач по физике было проведено анкетирование учителей физики.  Им предлагалось проранжировать по сложности для учащихся описанные этапы решения задач. В анкетировании участвовало 30 человек. Результаты анкетирования учителей приведены ниже в виде круговых диаграмм (рис. 2 ).

1.Не понимают задачной ситуации. 2.Не помнят последовательность  решения задач. 3.Не помнят физических формул. 4.Не умеют подобрать необходимые для решения задач формулы. 5.Не могут выполнять простейшие математические действия с математическими выражениями, равенствами и т.п.

Выводы:

1.В содержание электронного сборника задач по физике целесообразно включать физические задачи разных уровней сложности.

2.Важным содержанием электронного сборника задач по физике является аппарат, обеспечивающий преодоление трудностей учащихся при решении физических задач.

 2. Теоретические основы создания сборника задач

2.1. Логико-методологическая  основа сборника задач

  Взаимообусловленность диалектики, логики и теории познания предопределило широкое использование диалектической логики как методологии процесса познания и образования в целом и решения проблем конструирования   сборника задач. В связи с этим реализация логико-методологического аспекта концепции предполагает содержание сборника на основе законов и принципов диалектической логики, когда трактовка каждого понятия исходит из диалектики самого предмета [15]. Принципы диалектической логики (историзма, детерминизма, системности, единства исторического и логического, диалектического противоречия и др.) фиксируются как в содержании обучения, так и в методах. При этом основы содержания учебной дисциплины, ее логики раскрываются через историю развития науки, что необходимо для понимания через задачи школьниками путей развития науки и методов решения научных проблем.

Разработка содержания сборника задач на основе принципов  диалектики позволяет выделить в материале единство противоположностей. Это дает возможность:

- объединить информацию в крупные блоки, что способствует установлению внутри- и межпредметных связей;

- провести теоретический анализ содержания и определить существенные и второстепенные компоненты содержания, генерализировать материал сборника;

- обозначить генетически исходные элементы, служащие основой для логического развертывания всей понятийной системы предметных знаний;

- предупредить появление в содержании обучения формально-логических противоречий, которые не являются аналогом действительности;

- обозначить диалектические противоречия в качестве содержательного "ядра" тем курса.

 

 2.2. Психологическая основа сборника задач

Конструирование сборника должно осуществляться с учетом психологических особенностей формирования мышления и личности школьника. Реализация психологического аспекта концепции сборника предполагает превращение учащихся из объекта обучения в субъект учебной деятельности. Это достигается только на основе самостоятельной теоретической и практической деятельности школьников. Поэтому сборник задач необходимо ориентировать на формирование мотивов учения.

Обеспечение мотивации  обучения - сложная психологическая  проблема, решение которой непосредственно связано с характером педагогического воздействия на учащихся. В рамках его традиционного понимания можно зафиксировать манипулятивную природу обучения. Манипуляция, в самом общем смысле, трактуется как воздействие на психоэмоциональную сферу индивида, с целью получения скрытого от него результата. Поскольку манипуляция имеет дело с мотивационными структурами внутреннего мира человека, она широко используется как средство мотивационного обеспечения учебного процесса [6].

  Необходимым звеном самостоятельной учебной деятельности являются действия контроля и оценки, предполагающие осознание степени правильности решения задачи и необходимости принятия дополнительных шагов для достижения цели.

Контроль и оценка учащимися результатов своей  деятельности побуждают к выдвижению новых целей, постановке новых задач, продолжению процесса учения.

Так же основанием создания сборника является учет психологических особенностей усвоения информации. С точки зрения психологии, усвоение информации рассматривается во взаимосвязи процессов понимания и запоминания, которые протекают одновременно, независимо от волевой направленности сознания  [5].

Понимание текста учащимися  предполагает установление связи между смысловыми частями текста и целым текстом, в котором отражены реальные связи. Поэтому при формулировке задач следует учитывать наличие четырех уровней понимания учащимися текста: понимания явного смысла предложения; понимания связей между предложениями; выявления учащимися неявной связи между частями текста (предложениями, абзацами) и между ними и прежними знаниями; выявления учащимися скрытых связей между частями текста, между ними и трудно актуализируемыми знаниями текста. [13].