Создание проблемных ситуаций

на уроках физики

Жизнь постоянно ставит перед человеком различные проблемы. Умение искать и находить пути решения возникающих проблем — одно из качеств успешной личности. Проблемное обучение способствует развитию самостоятельности и активности школьников, что, в свою очередь, позволит им стать конкурентоспособными во взрослой жизни. Постоянное создание на уроке проблемных ситуаций приводит к тому, что ученик не «пасует» перед проблемами, а стремится их разрешить. Таким образом, формируется творческая личность, умеющая искать и находить решения в различных проблемных ситуациях, систематизировать и накапливать знания, способная к саморазвитию.

                 Немецкий педагог, либеральный политик 18 века Адольф Дистерверг сказал: «Плохой учитель сообщает истину, хороший –учит ее находить».

Известный психолог С. Л. Рубинштейн писал: «Начальным элементом процесса мышления, как правило, является проблемная ситуация. Мыслить человек начинает тогда, когда возникает потребность что-то понять. Мышление, как правило, начинается с проблемы или вопроса, с удивления или противоречия. Процесс мышления всегда направлен на решение какой-нибудь задачи».

           Цель: рассмотреть различные способы создания проблемной ситуации на уроках физики.

           Задачи:

1.      Изучить литературу по данной теме;

2.      Систематизировать полученную информацию;

3.      Написать реферат.

Что такое проблемная ситуация?

               Основное различие между проблемным и традиционным обучением усматривают в целях и принципах организации учебного процесса. Цель проблемного обучения – усвоение не только основ науки (как в сложившемся типе обучения), но и самого процесса получения знаний и научных фактов, развитие познавательных и творческих способностей школьника. В основе организации проблемного обучения лежит принцип поисковой, учебно-познавательной деятельности ученика, т. е. принцип “открытия” им научных фактов, явлений, законов, методов исследования и способов приложения знаний на практике.

               При проблемном обучении учитель физики, излагая материал и объясняя наиболее сложные понятия, систематически создает на уроке проблемные ситуации и организует учебно-познавательную деятельность школьников так, что они на основе анализа фактов, наблюдения явлений (при демонстрационном или фронтальном эксперименте) самостоятельно делают выводы и обобщения, формулируют правила, понятия, законы, применяют имеющиеся у них знания в новой ситуации.

              Таким образом, проблемное обучение начинается с создания проблемной ситуации – главного средства активации мыслительной деятельности школьников и проходит затем основные этапы: формирование проблемы, нахождение способов ее решения, решение проблемы, формулирование выводов, подведение итогов.

              Проблемная ситуация - это объективное противоречие, принявшее форму, наиболее отвечающую задачам обучения. Преломляясь через сознание, оно выступает для ученика в качестве затруднения, барьера, преодоление которого требует интенсивной мыслительной деятельности. Выступая как затруднение, проблема не только выявляет потребность в новых недостающих знаниях, но и вызывает необходимость актуализации старого, известного знания. Включение учащихся в познавательный процесс будет успешным в том случае, если проблемные ситуации будут отвечать определенным требованиям.

            Проблемная ситуация должна быть такой, чтобы уже первоначальный анализ ее вызвал у учащихся одновременно и чувство затруднения, и чувство предстоящего успеха, т.е. чтобы возникало не только противоречие, но и потенциальная возможность снятия его.

            Проблемная ситуация должна содержать в себе элемент нового, интересного для учащихся; это способствует включению школьника в активный познавательный поиск.

Новизна в учебном процессе носит, конечно, репродуктивный характер в том смысле, что учащиеся не обогащают научное познание, а совершают «открытие» для себя. Новизна проблемной ситуации возможна либо по содержанию, либо по способам ее решения. Разнообразие проблемных ситуаций само по себе может вызвать у учащихся интерес к решению их. Поэтому важно при создании проблемных ситуаций стремиться к тому, чтобы они были разными по содержанию и имели разную форму выражения. При создании проблемных ситуаций иногда необходимо учитывать разные виды мотивов обучения. В школьных условиях проблемная ситуация специально организуется учителем, но от этого ее объективность не исчезает.

         При создании проблемных ситуаций необходимо придерживаться общих закономерностей их возникновения. В литературе по проблемному обучению эти закономерности формулируются в виде типов проблемных ситуаций, исходя из наличия в их основе различных видов противоречий между знанием и незнанием. Формулировка типов проблемных ситуаций раскрывает условия их возникновения.

Применительно к физике можно остановиться на некоторых типах проблемных ситуаций:

1. Проблемные ситуации возникают в тех случаях, когда обнаруживается несоответствие между имеющимися уже системами знаний у учащихся с теми требованиями, которые предъявляются к ним при решении новых учебных задач. Это несоответствие может возникнуть:

а) между усвоенными учащимися знаниями и новыми фактами, обнаруживающимися в ходе решения задач;

Пример. (перед изучением явления конвекции с помощью опытов можно создать проблемную ситуацию) Прогревают сверху воду, налитую в пробирку. На дне пробирки с помощью груза укрепляется кусочек льда. Верхний слой воды закипает, а нижний остается холодным (лед не тает). Учащиеся свободно объясняют результат опыта, так как им известна плохая теплопроводность воды.

б) между одними и теми же по характеру знаниями, но более низкого и более высокого уровня;

Пример. (при изучении зависимости сопротивления проводников от температуры в 10 классе) Из курса физики 8 класса учащимся известна формула   . Эта формула показывает зависимость электрических свойств проводника от удельного сопротивления, длины и сечения при неизменных внешних условиях. Но если условия изменить, например, изменить температуру, то сопротивление проводника при неизменных его параметрах будет изменяться. Это явление учащимся еще неизвестно. Используя эту новую, неизвестную школьникам зависимость, можно создать проблемную ситуацию с помощью демонстрационного эксперимента, проводимого в начале изучения нового материала. С этой целью составляют электрическую цепь, в которой сопротивлением является электрическая «баня» мощностью 600 Вт. При замыкании цепи сила тока 3А при напряжении на зажимах электрического пробора 220В. Через 3-4 минуты сила тока в цепи уменьшается до 2,5 А при неизменном напряжении.

Анализируем вместе с учащимися известные им формулы:   . Напряжение на зажимах прибора во время опыта оставалось неизменным, но сила тока уменьшилась, следовательно, для сохранения равенства  необходимо предположить, что увеличилось сопротивление. Однако длина, сечение и материал проводника в ходе эксперимента не изменились. Поэтому, казалось бы, что и сопротивление   не должно измениться. Но опыт показывает изменение тока при протекании по нему тока все-таки меняется. Общими усилиями учителя и учеников эта ситуация затруднения словесно оформляется в виде проблемы: почему сила тока в цепи уменьшается при неизменном напряжении на концах потребителя?

Проблема поставлена. Ответ на поставленную проблему может быть таким. По закону Ома для участка цепи   при неизменном напряжении на концах проводника сила тока может уменьшаться только при увеличении сопротивления проводника.

Чем вызывается повышение сопротивление проводника в нашем опыте, ведь длина и площадь поперечного сечения проводника остались неизменными? При правильном или неправильном ответе учащимся учитель показывает, что прибор нагрелся. Для этого вставляется демонстрационный термометр внутрь прибора. После такого подсказывающего действия учителя ответ формулируется правильно: повышение температуры будет свидетельствовать о существовании зависимости сопротивления проводника от температуры.

в) между научными знаниями и житейскими, практическими.

2. Возможность создания проблемных ситуаций возникает также тогда, когда учащийся сталкивается с новыми практическими условиями использования имеющихся знаний.

Пример. Определение величины атмосферного давления в 7 классе. Учащиеся уже знакомы с явлениями, которые объясняются действием атмосферного давления, в том числе и поднятие воды за поршнем. При опросе они освещают эти вопросы, проделывают ряд опытов. После демонстрации опыта с поднятием воды за поршнем, который проводится в конце опроса, учителем задается вопрос: «Как высоко будет подниматься вода за поршнем? Можно таким способом поднять воду из глубокого колодца?»

Школьные опыты, жизненная практика не ставили перед учащимися таких вопросов, поэтому они считают, что высота подъема жидкости за поршнем зависит от желания экспериментатора. Вот здесь-то и возникает противоречие между тем, что учащиеся знают из практики (наличие атмосферного давления и его действие), и тем чего они еще не знают (величины атмосферного давления). Ответы на поставленный вопрос обычно бывают самые разнообразные. Учащиеся указывают и какую-нибудь конкретную высоту, не обосновывая, откуда берется эта величина. Однако некоторые учащиеся сами или под руководством учителя приходят к выводу, что высота столба воды будет зависеть от величины атмосферного давления. Отсюда и выдвижение проблемы, которую надо разрешить на уроке: чему равна величина атмосферного давления?

Итак, интерес учащихся возбужден. Они предлагают проделать опыт по определению величины атмосферного давления с помощью подъема жидкости за поршнем. Сначала они предлагают поднимать воду, а затем с помощью наводящих вопросов учителя приходят к выводу, что удобнее использовать более тяжелую (имеющую большую плотность) – ртуть.

После такой предварительной беседы учитель одобряет предложение учащихся о постановке опыта по подъему ртути за поршнем и рассказывает о том, как этот опыт в несколько ином виде был проведен Торричелли.

При таком подходе к определению величины атмосферного давления у школьников складывается ясное представление о связи высоты столба ртути в опыте Торричелли с величиной атмосферного давления, чего часто не бывает, когда учитель ведет изложение этого материала методом рассказа или даже беседы.

Способы создания проблемной ситуации на различных уроках физики

                   Важный и ответственный этап проблемного обучения – создание проблемной ситуации. Главным средством для этого служат проблемные вопросы, однако, на уроках физики с этой целью можно использовать демонстрационный и мысленный эксперимент, фронтальные опыты, экспериментальные задачи и т.д. Для успешной постановки проблемы, она должна содержать познавательную трудность и видимые границы известного и неизвестного, вызвать чувство удивления при сопоставлении нового с неизвестным и неудовлетворенность имеющимся запасом знаний, умений и навыков. Проблемный вопрос должен содержать противоречивость информации и вызывать необходимость и желание сравнивать, рассуждать, анализировать данные, обобщать их, т. е. искать закономерность

Деятельность учителя по использованию проблемных ситуаций на различных уроках:

а) при объяснении нового материала.

ü  Проблемное изложение.

При проблемном изложении новой темы учитель часть программного материала излагает сам, формулирует познавательную проблему, которую надо решить на уроке, а затем предлагает ученикам прочитать в учебнике информацию, дополняющую его рассказ (это может быть параграф, либо выборочные места из него). Здесь учитель ставит перед учениками ряд вопросов, которые они могут найти в тексте. Далее обучающимся предлагается ответить на проблемный вопрос, выдвинутый в начале урока, сопоставив рассказ учителя и материал учебника.

Обучающиеся должны делать конспективные записи изложенного (можно в форме плана). Учителю следует обдумать, что ученики должны записать. При проблемном изложении часто оказывается полезным разделять материал на отдельные логические связанные части. После изложения каждой части, следует дать возможность обучающимся задать вопросы.

ü  Поисковая беседа (эвристическая беседа).

Смысл поисковой беседы – привлечение обучающихся к разрешению, выдвигаемых на уроке, проблем с помощью подготовленной заранее учителем системы вопросов.

Особенно эффективен этот метод на начальном этапе изучения физики. Он позволяет поддерживать интерес к проблеме исследования и стимулировать мышление.

Рассмотрим пример создания проблемной ситуации на уроке физики по теме “Диффузия” в 7классе.

Учащимся предлагается определить скорость диффузии запаха в помещении и сравнить ее со скоростью движения молекул, которая сообщается ученикам. Скорость молекул примерно 400 м / с, она соизмерима со скоростью пули.

После расчета скорости диффузии учащиеся получают результат: примерно 25 см /с. Для расчета им необходимо вспомнить, как рассчитать скорость, зная путь и время. Возникает проблема: почему скорость диффузии много меньше скорости молекулы?

Учащиеся выдвигают свои гипотезы и пытаются объяснить данный факт, используя первоначальные сведения о строении вещества.

В данной ситуации учитель может подвести к правильным выводам не напрямую, а косвенно, проведя аналогию: представьте себе, что каждый из вас молекула и вам надо преодолеть расстояние от одной стены до другой, сначала вы делаете это в пустом помещении, а затем с преградами(молекулами), которые совершают хаотичное движение. После обсуждения данной проблемы совместными усилиями приходим к выводу о том, что молекула запаха преодолевает столкновения и взаимодействия с другими молекулами, при этом теряя скорость.

б) при использовании физического эксперимента.

Рассмотрим пример создания проблемной ситуации на уроке физики “Плавание тел” в 7классе.

Перед учащимися находится три сосуда с жидкостью, в которых помещены три одинаковых тела, например, яйца: в первом сосуде тело плавает на поверхности, во втором находится внутри жидкости, в третьем тело на дне.

Вопрос: Почему одно тело ведет себя по-разному? От каких факторов зависит поведение тела в жидкости?

Учащиеся предлагают много версий, но не все они отражают суть, поэтому сами учащиеся выбирают из всех самые доказательные. Так как, во всех случаях тела одинаковые, то можно сразу исключить параметры тела, остается жидкость, следовательно, условия плавания связаны с жидкостью.

Таким образом, зная о существовании силы тяжести и силы Архимеда, учащиеся приходят к выводу о соотношении этих сил, а так же связывают это с плотностью тел и жидкости. На доске делаем чертеж данного опыта и подбираем соотношение сил, после каждого рисунка делаем вывод: тело тонет, если…и т.д.

в) при работы проведении фронтальной лабораторной.

Фронтальные лабораторные работы и опыты (или фронтальный эксперимент) составляют основу практической, экспериментальной подготовки при обучении физике. Здесь широкие возможности для проблемного обучения.

На экспериментальных работах (даже без инструкции) обучающиеся могут решать небольшие проблемы. Лабораторные работы проблемного характера необходимы.

В общем виде фронтальный проблемный эксперимент включает следующие элементы:

Ø  нахождение общей идеи решения экспериментальной проблемы;

Ø  составления плана исследования;

Ø  выполнение работы;

Ø  обработка полученных результатов;

Ø  формулировка вывода.

Рассмотрим пример постановки проблемных вопросов исследовательского характера на уроке физики по теме “Сила трения” в 7 классе.

Перед учащимися ставится вопрос: От каких факторов зависит сила трения? Для того, чтобы решить эту проблему, учащимся необходимо самостоятельно предложить ход работы и выбрать необходимое оборудование. Учащиеся уже знакомы с измерением силы трения с помощью динамометра, поэтому они предлагают параметры, от которых зависит сила трения: масса тела (т.е. брусок необходимо нагружать), поверхность, по которой движется брусок (это может быть дерево, обложка тетради, поверхность книги, пол -линолиум, линейка и т. д.). После проведения данного эксперимента учащиеся делают вывод: “ сила трения зависит от…”

г) при использовании мысленного эксперимента.

На уроке по теме: “ Сопротивление проводника” обучающиеся должны четко представлять, от каких параметров зависит сопротивление. Ученики предлагают различные параметры и логику своих рассуждений. Например: 1) от длины проводника. Обучающиеся должны хорошо понимать, что для того чтобы найти зависимость от какого либо параметра, необходимо остальные параметры уровнять. Чем больше длина, тем большее сопротивление приходиться преодолевать электронам при прохождении по проводнику, следовательно, R₁>R₂. Следовательно, сопротивление прямо пропорционально длине. 2) от толщины. 3) от рода проводника. Таким образом, обучающиеся, имея теоретические данные, смогли предположить результат эксперимента и сделать вывод.

д) при решении физических задач.

Решение задач занимает важное место и является одной из наиболее эффективных форм изучения и закрепления теоретического материала и развития мышления. Проблемность обучения при решении физических задач предполагает систематическое применение в процессе обучения творческих задач, задач – проблем.

Проблемная или творческая задача – это задача, в которой сформулировано определенное требование, выполнимое на основе знания физических законов, но в которой отсутствуют какие- либо прямые и косвенные указания на те физические явления, законами которых следует воспользоваться при решении этой задачи.

Адаптацию школьников к окружающей среде можно считать основополагающим компонентом обучения, его результат - эффективное (действенное)усвоение содержания учебного материала. Оно возможно в том случае, когда этот материал используется, не как средство достижения внешних по отношению к ученику целей, не принятых или не осознанных им, а как способ совершенствования своей концепции мира, своего места в окружающей среде. Поэтому в процессе обучения очень важно формулировать и решать такие задачи, которые являются значимыми с точки зрения ученика. Известно, что решение задач для учащихся является едва ли не самым сложным процессом при изучении физики. Мало того, что сам по себе он весьма трудоемкий, но и методика обучения порой такова, что эта учебная деятельность не вызывает интереса у учащихся.

         Рассмотрим пример творческого процесса при обучении учащихся решению задач по теме: “Механическое движение” в 7 классе.

Задача: Автобус движется по дороге со скоростью72 км/ч в течение 2 часов. Какой путь он пройдет? Данная задача не вызывает затруднений у учащихся, после решения им предлагается изменить условие, что бы искомой величиной была скорость или время.

Далее предлагается ребятам заменить объект движения в задаче, исходя из реальной ситуации. Для этого учащиеся могут воспользоваться таблицей скоростей в учебнике.

          Проблемные задачи позволяют ученику даже со слабыми вычислительными навыками не только почувствовать сложность физических явлений, но и понять их суть, побудить его к самостоятельному решению проблемы, ее осмыслению, попытаться поставить себя на место изобретателя, испытать удовлетворение от интеллектуального труда. Такие задачи позволяют ученикам сопоставить получаемый ими результат с ранее изученным материалом, сделать выводы, задуматься.

е) при выполнении домашних заданий.

Так как время урока ограниченно, то не все виды проблемных заданий могут быть использованы на уроках, например, задания на конструирование и изготовление приборов, постановку опытов, требующих длительного наблюдения или многократных проверок, и т.п. домашние проблемные задания открывают более широкие возможности развития одаренных и интересующихся физикой учеников. Для «слабых» обучающихся полезные несложные проблемные индивидуальные задания, но цель их иная: заставить обучающихся поверить в свои силы, пробудить интерес к физике.

Создание проблемных ситуаций на уроках физики, позволят повысить интерес школьников к изучению физики, уровень обученности и умении решать возникающие проблемы.

Заключение

Чтобы успешно жить, необходимо постоянно познавать и активно действовать. Познание окружающей школьника среды – основа жизни как настоящей, так и последующей. Именно по характеру взаимоотношений учащихся с людьми, природой и техникой можно сделать вывод об уровне физического образования человека, о его компетентности.

Систематическое применение и использование элементов проблемного обучения во всех видах учебной деятельности позволяет повышать уровень учебной мотивации обучающихся.

Проблемное обучение, как и любой другой метод преподавания не является универсальным, но оптимальное сочетание его с другими методами на различных этапах изучения физики позволяет получить хороший результат, а, значит и удовлетворение от педагогической деятельности.