Почему ученикам трудно решать задачи по физике?
Наибольшие трудности при изучении физики учащиеся испытывают при решении задач т.е. когда требуется применение знаний. Это им кажется настолько трудным, что некоторые даже отказываются от попытки решать задачи.
Отказ от решения задач ещё как-то «проходил» при экзамене по физике в устной форме, но теперь – как при прохождении ГИА так и при ЕГЭ проверяют именно умения применять полученные знания, а не декларировать их. Особенно большое внимание деятельностному подходу уделяется в Государственном образовательном стандарте второго поколения.
Ученикам трудно решать задачи по физике потому что
— не интересно решать задачи,
— не понимают смысла физических законов,
— не умеют идеализировать ситуацию, описанную в задаче,
— не запоминают обозначения физических величин и формул,
— не распознают в физических формулах уравнений,
— не знают с чего начать решение задачи,
— теряются при решении экспериментальных задач.
В школьном курсе физики много задач: только В.И. Лукашик сборник задач по физике 7-9 содержит около 2000; А.П.Рымкевич 10-11 более 1200.
Но если внимательно посмотреть на всё это множество задач, то не трудно заметить, что большинство из них группируются вокруг нескольких десятков типичных учебных ситуаций – ключевых ситуаций. Выделение ключевых ситуаций и овладение ключевыми ситуациями «даёт ключи» к решению данной проблемы – школьники свободно решают задачи не только базового, но и повышенного уровня.
Ключевые учебные ситуации из курса физики 7-го класса.
— Давление в жидкости.
— Сообщающиеся сосуды.
Задачи трёх уровней сложности на 1-ю ключевую ситуацию «Давление в жидкости».
Задача №1 (первый уровень сложности).
Пластины А, Б, В, Г расположены в сосуде с водой. На какую пластину давление наибольшее? Наименьшее? Одинаковое? Что произойдёт если воду заменить маслом?
Методические замечания:
Вначале учащимся показываю открытый цилиндрический сосуд, дно которого затянуто резиновой плёнкой, сосуд с жидкостью. Предлагаю доказать путём рассуждений и на опыте, что жидкость оказывает давление на дно сосуда.
Существование давления на дно сосуда очевидно. Однако и в этом случае нелишне подчеркнуть, что каждый слой жидкости вследствие действия на него силы тяжести давит на нижележащий слой. Это давление по закону Паскаля передаётся без изменения по всем направлениям: вниз, вверх, вбок.
Понятие о давлении внутри жидкости более абстрактно, чем понятие о давлении на дно и стенки сосуда, поскольку здесь нет явной площади, на которую давит жидкость, поэтому в этой задаче я ввожу площади.
Задача №2 (второй уровень сложности).
Определите давление воды, оказываемое снизу на пластинку Б, если высота столба воды 40см, а пластинка находится на расстоянии 15см от дна? (См. рис задачи №1)
Методические замечания:
Ставим задачу обнаружить давление внутри жидкости. Дети вспоминают лето и о своих ощущениях во время ныряния.
Опыт рисунка 101а из учебника(1) я видоизменяю: в более широкий сосуд помещаю пустой цилиндрический сосуд, дно которого затянуто плёнкой. Прогибание плёнки вверх подтверждает тот факт, что жидкость давит вверх. Опыты 101, 102, 103 из учебниеп(1) ещё раз подтверждают их предположение-внутри жидкости есть давление. При решении задачи дети путают какую высоту брать. Вместе делаем рисунок, отмечаем все расстояния указанные в условии задачи, неоднократно подчёркиваем, что речь идёт о глубине погружения.
Задача №3 (третий уровень сложности).
Определите силу давления масла на пробку площадью 6см² , если расстояние от уровня масла в сосуде до пробки 20см. Плотность масла 900кг/м³
Методические замечания:
Понимание физической причины увеличения давления жидкости с глубиной помогает поставить и решить количественную задачу – найти давление жидкости на глубине h и силу давления на определённую площадь. Для этого надо вес жидкости разделить на площадь дна сосуда, в результате чего получим p =рgh (1). Эта формула – источник трёх видов задач: на нахождение давления, плотности и глубины. Помогаю ребятам составить и решить такие задачи, т е очень тщательно эту формулу прорабатываем, не спешим переходить к расчётной задаче. Полезно, чтобы они запомнили при этом значение давления, создаваемого 10-метровым столбом воды (105 Па). Оно примерно равно атмосферному давлению, которое является привычной
и естественной единицей давления — 1 атм.
В задаче №3 вызывает трудность перевод единиц. Казалось бы только выводили формулу 1, используя понятие силы давления, но дети сразу не видят, что при решении данной задачи надо использовать обе формулы, их к этому надо подвести.
Задачи трёх уровней сложности на вторую ключевую ситуацию «Сообщающиеся сосуды».
Задача №1
Два сосуда А и Б соединены резиновой трубкой с краном и наполнены жидкостью. Кран закрыт. Будет ли переливаться жидкость, если кран открыть?
Это объясняется тем, что …
Методические замечания:
перед решением данной задачи на опыте рассмотреть сосуды одинакового диаметра, разного диаметра с однородной жидкостью.
Задача №2
На сколько уровень поверхности спирта выше уровня поверхности воды, если уровень воды 8см? Плотности соответствующих жидкостей возьмите в таблице.
Методические замечания:
Перед решением данной задачи на опыте рассмотреть сосуды одинакового диаметра, разного диаметра с разнородной жидкостью. Сложность в этой задаче заключается в том, что мы имеем дело с тремя жидкостями. Помогаю ребятам рационально выбирать нулевой уровень т.е. уровень отсчёта.
Задача №3
В одно колено сообщающихся сосудов налита вода, а в другое неизвестная жидкость. Используя данные, приведённые на рисунке (для более слабого класса рисунок предлагаю сразу), определите, какая жидкость находится во втором колене сосуда. Плотность воды 1000кг/м³
Ученик. Запишем краткую запись, все величины должны быть в системе СИ.
Дано: СИ
h1 = 4 см 0,04м
h2 = 2,8 см 0,028м
ρ1 =1000кг/м³
ρ2 = ?
Учитель. Все согласны с таким переводом?
Ученик. «Нарисуем» условие задачи на доске. Мысленно выберем площадку а на стыке двух жидкостей.
Учитель. Что можно сказать о величине давления на площадку справа и слева?
Ученик. Так как жидкость не перемещается из одного колена в другое, следовательно, давление на выбранную площадку одинаково.
Учитель. Где же нам лучше взять нулевой уровень?
Ученик. Отметим пунктирной линией уровень отсчета (на рисунке дана подсказка).
Учитель. Что можно сказать о давлении, создаваемом столбами разных жидкостей над этой линией?
Ученик. Давление, создаваемое столбами разных жидкостей над этим уровнем одинаковое, т.е. выполняется условие ρ1 g h1 =ρ2 g h2 . Выполнив преобразования,
получим ρ2 = ρ1 h1 /h2 . Заменим буквенные обозначения данными задачи, получим ρ2= 700 кг/м³ Сравнив с табличными данными, увидим, что это может быть бензин или эфир.
Методическое замечание:
Если обозначение колен взять по-другому (наоборот), то в ответе получится плотность жидкости, которой нет в таблице учебника.
Одна из главных особенностей предлагаемой методики состоит в том, что решение задач становится творческим процессом, интересным и доступным для большинства учеников.
Литература
1. Пёрышкин А.В. Физика. 7 класс: учеб. для общеобразовательных. учреждений. М.: Дрофа, 2009.
2. Сборник рабочих программ 7-9 классов. М. Просвещение 2011г
