Использование графического моделирования на уроках физики при подготовке к ОГЭ и ЕГЭ

Как используется графическое моделирование на уроках физики и при подготовке к ЕГЭ.

«Надо учить не содержанию науки,

а деятельности по ее освоению».

В.Г.Белинский

Проходя переподготовку на курсах повышения квалификации в ГОУРПО «Ростовском областном институте повышения квалификации и переподготовки работников образования» под руководством М.С.Атаманской мы рассматривали все возможные варианты для лучшего усвоения физики учащимися в школе, а значит, и повышения качества преподавания по физике, развития интереса к физике.

В результате обсуждений, были выделены некоторые важные методы обучения физике, предложенные Мариной Сергеевной.

А) Метод опережающего эксперимента. Данная методика позволяет учащимся не просто получить знания со слов учителя или, читая учебник, а самому быть в роли ученого, выдвигающего свои гипотезы и проверяющего их, открывая те или иные закономерности. То, что ребенок открыл сам, не нужно специально учить или запоминать. Т.е. очень важен сам факт осознания полученных знаний.

Б) Деятельностный подход к обучению «с разных сторон».

Более подробно хочу остановиться на графическом моделировании физических явлений и процессов, т.е. развитии у детей образно - символического мышления.

В образно - символическом мышлении для осмысления главным является представление, свое видение мира и выражение своего отношения к этому миру. Поэтому формирование способности личности к конструированию и оперированию образно символическими средствами и присвоение ценностно-смысловой составляющей мира это две стороны одного и того же процесса, связанные между собой и протекающие одновременно.

Традиционное образование сводится к обучению личности путем освоения знаний о мире, ранее накопленные мировой культурой. Поэтому взаимодействие ребенка с миром ограничивается работой на уровне правил, законов открытых ранее учеными разных стран. Но таким образом навязывается общепринятое видение мира, явлений, но не ощущений самого ученика. В результате возникает недопонимание физических процессов, а потом и нежелание разобраться в их сути, т.к. гораздо быстрее и выгоднее их просто заучить. Но выучить все невозможно!

«Направленная работа с детьми на смысловом уровне кардинально изменяет характер социального развития ребенка, наделяя его способностью видеть за конкретным - общее, за материальным - духовное, за предметом - ценность жизни».¹

«Благодаря своим сущностным характеристикам образно - символическое мышление способствует развитию ценностно-смысловой сферы личности. Поэтому проблема формирования образно-символического мышления - важнейшая проблема теории и практики образования».²

Каждый человек индивидуален, а значит, изучая окружающий мир и явления, он пропускает его через свое сознание, через свои ощущения. И тот или иной объект, явление может рассматриваться им по-своему; человек выражает свое индивидуальное отношение к данному объекту и описывает своим образно - символическим языком, понятным ему. Значит необходимо дать детям возможность «изобразить» свое отношение к изучаемому явлению в знаках и символах, понятных ему.

1. В виде движения тела по горизонтальному координатному лучу. Тело за равные промежутки времени проходит равные пути.

-4

0

4

8

12

16

х,м

4м/с

4м/с

4м/с

4м/с

4м/с

2. В виде движения тела по координатному лучу с параллельной ему осью времени.

-4

0

4

8

12

16

0

1

2

3

4

5

х,м

t,сНапример, могут быть такие возможности знаковых систем в описании равномерного движения.

Время t,c

0

1

2

3

4

5

Координата х,м

-4

0

4

8

12

16

3. Данное движение можно представить в образе таблицы.

-4

0

0

0

0

0

0

4

4

4

4

4

4

8

12

16

8

8

8

8

8

12

12

12

12

12

х,м

16

16

16

16

16

х,м

х,м

х,м

х,м

х,м

В начальный момент времени х₀ = - 4 м

Через 1с

4. Представим равномерное движение графически

Через 2с

Через 3с

Через 4с

Через 5с

х,м

-4

0

4

8

12

16

0

1

2

3

4

5

t,с

-4

t,с

х,м

0

5

4

3

2

1

4

8

12

16

Х₂=-4+4*2=4

Х₃=-4+4*3=8

-4

Х₁=-4+4*1=0

-4

-4

Х₄=-4+4*4=12

-4

Х₅=-4+4*5=16

-4

х = х₀ + υ *t

5. Анализируя графическое представление, можно построить график зависимости координаты от времени

6. Удобнее построить график зависимости координаты от времени, повернув предыдущий на 90⁰ против часовой стрелки.

7. Анализируя графическое представление, можно представить движение на языке символов, где х - координата тела в любой момент времени; х₀ - начальная координата; υ - скорость тела.

Х₁= - 4 + 4*1 = 0

Х₂= - 4 + 4*2 = 4

Х₃= - 4 + 4*3 = 8

Х₄= - 4 + 4*4 = 12

Х₅= - 4 + 4*5 = 16

х = х₀ + υ *t

Тело движется с постоянной скоростью 4 м/с из точки с координатой - 4 м. Определить положение тела за 5 с от начала движения.

х₀ = - 4 м ; υ = 4м/с.

8. Знаковая система в форме текста.

Рассмотрим практическую задачу, где организована связь между результатом опыта и условиями его получения, оформленную графическим методом.

Текст условия задачи.

Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину, динамометр, линейку и 3 груза, соберите экспериментальную установку для определения жесткости пружины.

0

1

2

3

Н

0

0

0

1

1

1

2

2

2

3

3

3

0

1

2

3

F, Н

х, м

F = 0, Н

F = 1, Н

F = 2, Н

F = 3, Н

ΔХ₁

ΔХ₂

ΔХ₃

F = k ΔХ ; k =

F

ΔХ

Рассмотрим еще один пример решения задачи с поэтапным моделированием.

Условие задачи C3. В вакууме закреплен горизонтальный цилиндр с поршнем. В цилиндре находится 0,1 моль гелия. Поршень удерживается опорами и может скользить влево вдоль стенок без трения. В поршень попадает пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 400 м/с, и застревает в нем. Температура гелия в момент остановки поршня в крайнем левом положении возрастает на 64 К. Какова масса поршня? Считать, что за время движения поршня газ не успевает обменяться теплом с поршнем и цилиндром.

Шаг 1. Представим условие задачи в виде модели (реконструкция условия задачи).

В вакууме закреплен горизонтальный цилиндр с поршнем. В цилиндре находится 0,1 моль гелия. Поршень удерживается опорами и может скользить влево вдоль стенок без трения.

0,1 моль

Т₁

υ =400 м/с

10 г

ΔТ=64К

В поршень попадает пуля массой 10 г, летящая горизонтально со скоростью 400 м/с, и застревает в нем.

Шаг 2. Анализ данных задачи. Дано: СИ Решение: ν=0,1моль Не m_пули=10г 0,01кг υ =400 м/с ΔТ=64К Q=0 F_тр=0

m_поршня - ?кг

Не (гелий) можно считать идеальным газом.

υ _пули

y

υ^/?

ΔU= ν RΔT

3

2

υ^/

Считать, что за время движения поршня газ не успевает обменяться теплом с поршнем и цилиндром.

По первому закону термодинамики ΔU=Q+A , но по условию Q=0, следовательно, ΔU= A

υ^/ =0

Температура гелия в момент остановки поршня в крайнем левом положении возрастает на 64 К.

х

Ш

υ _поршня=0

υ _пули=400м/с

υ^/

До взаимодействия

После взаимодействия

Т.к поршень может скользить влево вдоль стенок без трения, то силой трения в данной задаче можно пренебречь: F_тр=0 А_{силы тр}=0 , значит изменение кинетической энергии поршня идет за счет совершения работы при сжатии газа.

А= , где m= m_поршня+ m_пули ; А= , где υ^/ - скорость

поршня и пули после взаимодействия.

m υ²

2

(m_поршня+ m_пули ) υ^/2

²

2

По закону сохранения импульса:

m_поршня υ _поршня + m_пули υ _пули = m_поршня υ^/ _поршня+ m_пули υ^/ _пули

m_пули υ _пули = (m_поршня+ m_пули ) υ^/

υ^/ = , тогда А= = ΔU

; после алгебраических

преобразований, находим массу поршня.

m_поршня = - m_пули ; после подстановки числовых данных m_поршня = 0,09кг.

Ответ: m_поршня = 0,09кг.

m_пули υ _пули

(m_поршня+ m_пули)

(m_поршня+ m_пули )

²

2

(m_пули υ _пули)²

(m_поршня+ m_пули)²

ΔU= ν RΔT

2

3

ν RΔT =

3

2

(m_пули υ _пули)²

2

(m_поршня+ m_пули)

(m_пули υ _пули)²

3ν RΔTаг 3. Математическая модель решения задачи. Рассмотрим более подробно взаимодействие пули и поршня - абсолютно неупругое. Изменение кинетической энергии поршня равно работе всех сил, действующих на него.

Ребенок может прочитывать задачу многократно и не понимать ее сути, потому что не происходит перехода от данной знаковой системы к другой, более понятной, т.е. к образу данного явления, условиям его протекания. Каждый ученик должен сам подобрать себе ту знаковую систему, в которой он сможет ориентироваться. Итак, преобразовывая «обычные» тексты задач в графические образы, понятные ребенку, он сам поднимается на новый уровень. «Графический образ» как дидактическая технология ориентирован на развитие воображения, воображение же - атрибут творчества.³ Развивая «образ вообще», а «графический» в особенности, мы сближаем учебное и научное познание.

За графическими образами мы вправе видеть смыслообразы. Наука свидетельствует: смыслам не учат и не учатся - смыслы раскрываются. «Физика образов» - это механизм обнаружения учащимися в явлениях мира новых смыслов, когда сделать это возможно, не иначе, как сконструировав образ. Конструирование графических образов, следовательно и смыслообразующий процесс. Смыслы же, смысловые структуры личности, как свидетельствует психология, - это высшая инстанция регуляции жизнедеятельности человека, которая осуществляет структуирование целостной личности.³

Опыт М.С.Атаманской, которым она щедро делится с учителями на курсах переподготовки, трудно переоценить. Марина Сергеевна как генератор идей, которые при воплощении в жизнь дают поразительные результаты в обучении детей.

Литература.

1. Л.Т. Потанина, А.Н. Гусев «Связь образно - символического мышления с развитием ценностно-смысловых представлений личности», Вопросы психологии, 2008г №2.

2. Л.Т. Потанина, Н.Е. Щуркова «Символика введения». М.: Педагогическое общество России, 2001. С.56 - 94.

3. В.Т. Фоменко, доктор педагогических наук, профессор в книге «Технология графических образов» М.С.Атаманская, Ростов-на- Дону, Издательство Ро ИПК и ПРО, 2004.