Из опыта работы по технологии проблемного обучения на уроках физики

Развивающие подходы в образовании

Семина Мария Ильинична

учитель физики ГБОУ ЦО № 641 им. С. Есенина г. Москва

J ^

из ОПЫТА РАБОТЫ ПО ТЕХНОЛОГИИ

ПРОБЛЕМНОГО ОБУЧЕНИЯ НА УРОКАХ ФИЗИКИ

Что требует от учителя технология проблемного обучения?

S_______________________________________________г

Аннотация. Данная статья посвящена основам проблемного обучения. Автор делится своим опытом в создании проблемных ситуаций на уроках физики и доказывает, что обучение действительно может стать личностно значимым творческим процессом для каждого ученика.

Ключевые слова: творческие способности, познавательный интерес, творческая познавательная деятельность, создание проблемных ситуаций, формулирование проблемы, выдвижение и проверка гипотез, новые знания.

На современном этапе развития Российской школы в учебный процесс внедряется много новых методов и технологий обучения и воспитания, устраняющих всем известные недостатки традиционного обучения, которое обеспечивает учащихся системой знаний и развивает память, но мало направлено на развитие мышления и навыков самостоятельной деятельности. К таковым технологиям относится, несомненно, технология проблемного обучения. Проблемное обучение направлено в первую очередь на активизацию мыслительной деятельности учащихся, развивает их творческие способности, формирует познавательный интерес.

Опираясь на свой опыт работы в технологии проблемного обучения, я пришла к следующему выводу: чтобы обучение было эффективным оно должно носить в целом проблемный характер. Луи де Бройль в своё время сказал: «Знания - это дети удивления и любопытства!» Тогда, проблема - это сфинкс: если ты её родил благодаря своему любопытству, она не оставит тебя в покое, возникая перед тобой вновь и вновь, требуя решения. «Реши меня, или я тебя съем!» -как бы говорит эта проблема.

И если на уроке в ходе изучения нового материала возникает проблемная ситуация (ставит ли её учитель или сами ученики, или она возникает сама собой), то дальнейшее её решение становится уже личностно значимым для каждого ученика в силу самой сущности проблемы: «Реши меня или я тебя съем!» Знания, полученные в результате поиска решения проблемы, будут более осознанными и, следовательно, более прочными. А главное, в технологии

проблемного обучения, учитель подводит учащихся к самостоятельному формулированию проблем, что развивает их творческие способности, т.к. формулирование проблемы является основным этапом любого творческого акта.

Проблемное обучение основывается на теоретических положениях американского философа, психолога и педагога Джона Дьюи (1859-1952), основавшего в 1894 году в Чикаго опытную школу, в которой учебный план был заменён игровой и трудовой деятельностью. Занятия чтением, счётом, письмом проводились только в связи с потребностями - инстинктами, возникавшими у детей спонтанно, по мере их физиологического созревания. Дьюи выделял четыре инстинкта, играющих важную роль в обучении: социальный, конструирования, художественного выражения, исследовательский. Для удовлетворения этих инстинктов ребёнку предоставлялись в качестве источников познания: слово, произведения искусства, технические устройства. Дети вовлекались в игру и в практическую деятельность - труд.

В настоящее время многие считают, что проблемное обучение начинается с постановки учебной проблемы, что является распространённым заблуждением, мешающим выявлению различий между проблемным и традиционным обучением, т.к. и в традиционном обучении выдвигаются познавательные задачи урока, которые можно рассматривать как проблемы для предстоящего изучения. Однако теоретической основой технологии проблемного обучения являются закономерности творческой познавательной деятель-

Экспернмент и инновации в школе 2012/5

41

Развивающие подходы в образовании

ности, в соответствии с которыми проблемное обучение должно начинаться с организации проблемных ситуаций, а не с формулировки учебных проблем.

Сегодня под проблемным обучением понимается такая организация учебных занятий, которая предполагает создание под руководством учителя проблемных ситуаций, неизбежно ведущих учащихся к самостоятельному формулированию познавательных проблем и к активному самостоятельному их разрешению, в результате чего и происходит творческое овладение знаниями и развитие мыслительных способностей учащихся.

Проблемные ситуации могут быть различными по содержанию неизвестного, по уровню проблемно-сти, по виду рассогласования информации, по другим методическим особенностям. Можно выделить пять видов проблемных ситуаций:

1. Проблемная ситуация, связанная с невозможностью выполнить задание. Дети пытаются выполнить задание, у них не получается, возникает вопрос: почему не получается, т.е. формулировка проблемы.

Например, перед уроком «Инерция и инертность» ребята получают домашнее задание: с места разогнаться до большой скорости.

Примерный ход урока:

Учитель: Не только взаимодействие с другим телом необходимо для изменения скорости тела. Вспомните домашнее задание. Что вам было задано?

Ученик: Нам было задано попробовать как можно быстрее разогнаться с места.

Учитель: Удалось вам сразу же набрать большую скорость?

Ученики: Нет, как мы ни старались, мы не смогли быстро разогнаться.

Ученик: Я думал, что это простое задание. Я изо всех сил отталкивался ногами от земли, но у меня ничего не получилось!

Учитель: Какой вопрос у вас в связи с этим возникает?

Ученик: Почему не получается сразу набрать скорость?

Учитель: Правильно. Итак, что же вам всем помешало?

Ученик: Мне казалось, что моё тело мешает мне разогнаться.

Учитель: Это очень верное наблюдение. Ты очень наблюдателен. Так что же ещё необходимо для изменения скорости тела на данную величину?

Ученик: Мы все в конце концов разогнались, но через некоторое время. По-моему, требуется ещё время для изменения скорости тела до определённого значения.

Учитель: Является ли это свойством только живых тел?

Ученик: Наверное, нет.

2.Проблемная ситуация, связанная с противоречием между жизненным опытом учащихся и научными знаниями.

Например, гиря массой 1кг висит на нити. Снизу к гире привязана вторая такая же нить. Спрашиваю учащихся, что произойдёт, если дёрнуть за нижнюю нить? Ученики отвечают, что т.к. верхняя нить растянута уже достаточно сильно, то дополнительное воздействие приведёт к её разрыву, и гиря упадёт. Резко дёргаю за нижнюю нить, и она обрывается, а гиря остаётся висеть на верхней нити. У ребят возникает вопрос: почему произошло не так, как мы думали? Учащиеся формулируют проблему и в ходе её решения знакомятся с новым свойством тел - инертностью.

Примерный ход урока:

Учитель: Вот на тоненькой нити, едва выдерживающей её тяжесть, висит гиря массой 1 кг. Снизу к гире привязана вторая такая же нить. Какая из нитей оборвётся, если дёрнуть за нижнюю?

Ученик: Верхняя! Ведь она и так уже «чуть жива».

Учитель резко дёргает за нижнюю нить. Обрывается нижняя нить.

Учитель: Так что же произошло?

Ученики: Оборвалась нижняя нить!

Учитель: А вы что думали?

Ученики: Что оборвётся верхняя...

Учитель: Какой вопрос возникает?

Ученики: Почему произошло не так, как нам казалось должно произойти?

Ученики: Почему оборвалась нижняя нить, а не верхняя?

Ученик: Я догадался! Вы очень быстро дёрнули за нитку.

Учитель: Да, конечно. Долго ли продолжалось взаимодействие тел?

Ученик: Нет, очень короткое время.

Ученик: Я понял, этого времени оказалось недостаточно, чтобы гиря пришла в движение и порвала верхнюю нить. Ведь мы тоже не смогли быстро разогнаться.

Учитель: А если тянуть медленно?

Ученик: Тогда оборвётся верхняя нить!

Учитель: Вспомним сказку про репку. Почему не нужно стараться быстро тянуть репку, а нужно делать это медленно?

Ученик: Потому что, если тянуть репку быстро, то получится как в этом опыте. Репка ещё не успеет прийти в движение, как ботва уже оборвётся. А если тянуть медленно, то можно вытащить и репку.

Учитель: Итак, какой вывод можно сделать из проведённых опытов и рассмотренных примеров?

Ученик: Для изменения скорости тела требуется не только взаимодействие его с другим телом, но и время!

Ученик: Это справедливо для всех тел: и живых, и не живых.

Ученик: Это является свойством всех тел!

42

Эксперимент и инновации в школе 2012/5

Развивающие подходы в образовании

Учитель: Молодцы! Вы сделали правильный вывод. Сегодня вы открыли новое для вас свойство тел. Оно называется инертностью. Запишем:

Инертность - это свойство тел, состоящее в том, что для изменения скорости тела на определённую величину требуется время. Для разных тел это время разное. Чем больше времени требуется телу для изменения его скорости, тем более инертно тело.

Учитель: Как вы думаете, из двух тел, какое будет более инертным?

Ученик: Более тяжёлое!

Ученик: То, у которого больше масса. Оно медленнее меняет свою скорость, поэтому более инертно.

Учитель: Совершенно верно. Таким образом, масса является той физической величиной, которая характеризует инертность тел. Запишем:

Чем больше масса тела, тем больше его инертность.

3. Проблемная ситуация связанная с процессом познания, т. е. с противоречием между ранее полученными знаниями и новыми.

Например, учащиеся знают из предыдущих уроков, что в сообщающихся сосудах однородная жидкость устанавливается на одном уровне. На уроке по атмосферному давлению демонстрирую сообщающиеся сосуды, в которых это правило нарушено: жидкость в широком колене, закрытом пробкой, расположена выше, чем в других коленах этого сосуда. Учащиеся видят противоречие между их знаниями и действительностью. Приходят к выводу, что их знание неполное, формулируют проблему и добывают новое знание - знание об атмосферном давлении.

Примерный ход урока:

Учитель: А теперь перейдём к новому материалу. Посмотрите на эти сообщающиеся сосуды.

Демонстрируются сообщающиеся сосуды, однородная жидкость в которых установилась не на одном уровне.

Учитель: Ребята, какой вопрос у вас возникает?

Ученики: Почему жидкость в сообщающемся сосуде, одно колено которого закрыто пробкой, установилась не на одном уровне?

Учитель: Действительно, почему? Давайте подумаем вместе. Какие гипотезы вы можете предложить для объяснения наблюдаемого факта? Пожалуйста, обсудите в группах данную проблему и предложите свои гипотезы. Минута на обсуждение.

Через минуту группы предлагают свои гипотезы. Если среди них нет верной, то учитель начинает побуждающий диалог.

Учитель: Ребята, какой вопрос, кроме «почему», возникает при предъявлении данного опытного факта?

Ученики: Как у Вас это получилось? Как Вы смогли так сделать?

Учитель: Хорошо, я покажу вам, как я добилась, что жидкость в одном колене сообщающихся сосудов расположилась выше, чем в остальных.

В сосуд, где уровень жидкости одинаковый доливается вода до края сосуда. Широкое колено закрывается пробкой, а часть воды выливается из открытого колена. Уровень воды во всех коленах понижается, кроме того, который закрыт пробкой.

Ученики: А-а, получается, как в присоске: под пробкой воздуха нет, и вода прилипает к пробке!

Учитель: Что же её удерживает-то? Ведь не пробка же, в конце концов!

Ученики: Но под пробкой нет воздуха, а там, где сосуды открыты, над водой есть воздух и он давит на воду!

Учитель: Так, хорошо, это действительно разумное объяснение. Но, это ещё только гипотеза. Ведь нужно ещё доказать, что воздух, как вы говорите, давит, оказывает давление. Следовательно, на какой вопрос нам для этого нужно ответить? Какой вопрос возникает?

Ученик: Давит ли воздух на воду?

Ученик: Почему воздух давит на воду?

Ученик: Из-за чего воздух оказывает давление на воду?

Учитель: Давит только на воду? Ставьте вопрос шире!

Ученик: Не только на воду, но и на все тела, на поверхности Земли и на саму Землю!

Учитель: Молодцы! Вы смогли сформулировать проблему: почему воздух оказывает давление на Землю и на все тела, находящиеся на её поверхности?

Её мы и будем решать. Какие будут гипотезы? Обсудите это в группах. Минута на обсуждение!

Ученики: Мы думаем, что это, как в жидкости. Вышележащие слои давят на нижележащие своим весом, и это давление по закону Паскаля передаётся в самые нижние слои воздуха, а те давят на Землю и на тела на её поверхности.

Учитель: Совершенно верно! Значит, нам для доказательства нашей гипотезы нужно показать, что воздух, как и все тела на Земле, обладает весом. Как это показать на опыте? Что нужно сделать?

Ученики: Нужно взвесить воздух!

Далее взвешивается воздух и делается вывод о существовании атмосферного давления.

4. Проблемная ситуация, связанная с предъявленными противоречивыми фактами.

Например, демонстрируются три сосуда: в одном яйцо плавает на поверхности воды, во втором -плавает внутри воды, а в третьем оно утонуло. (Вытесненную при этом из каждого сосуда через отливной носик воду собирают в пластиковые ведёрки, сделанные из маленьких пластиковых стаканчиков).

Эксперимент и инновации в школе 2012/5

43

Развивающие подходы в образовании

Учащиеся формулируют проблему и выясняют условия плавания тел.

Примерный ход урока:

Учитель: А теперь перейдём к новому материалу. Посмотрите на эти сосуды. Какой вопрос у вас возникает?

Ученики формулируют проблему: Почему яйцо в одном случае тонет, в другом - плавает внутри жидкости, а в третьем - плавает на поверхности?

Учитель: Чтобы найти ответ на поставленный вами вопрос, я предлагаю вам поработать в группах и обсудить данную проблему.

Класс разбивается на 6 групп (по 2 группы в каждом ряду). Каждой группе выдаётся 3 чертёжных листа с изображением всех трёх случаев положения тела в жидкости. Каждой группе предлагается символически отразить на рисунках гипотезу, объясняющую положение тела в жидкости, так, чтобы при взгляде на рисунок сразу было видно, почему тело плавает или тонет. Если это задание вызывает затруднение, то можно просто сделать подпись к рисунку, но очень краткую.

Работы ребят вывешиваются на доске. Ребята изобразили на рисунках силу Архимеда и силу тяжести. На рисунках, где яйцо утонуло, сила тяжести больше силы Архимеда. На рисунках, где яйцо плавает, сила тяжести и сила Архимеда равны. Но в одном случае яйцо плавает внутри жидкости, а в другом оно плавает на поверхности.

Учитель: В чём же всё-таки состоит отличие в условии плавания тела на поверхности и внутри жидкости?

Если ни одна из групп не сделала вывод о влиянии соотношения плотности жидкости и плотности тела на условие его плавания, то учитель побуждающим диалогом подводит учеников к такому выводу после проверки гипотез на опыте.

Ученики могут изобразить для яйца, плавающего на поверхности, силу Архимеда больше силы тяжести. Эта гипотеза так же проверяется на опыте.

Проверка выбранной гипотезы на опыте: взвешивание вытесненной в каждом из трёх случаев воды и сравнение этого веса с весом яйца в воздухе. Взвешивать нужно яйцо, которое не находилось длительное время в солёной воде.

Учитель: Как измерить силу тяжести, действующую на яйцо?

Ученики: Нужно измерить его вес в воздухе. Сила тяжести равна весу тела в воздухе.

Учитель: Как измерить силу Архимеда, действующую на яйцо в каждом из трёх случаев?

Ученики: Нужно взвесить вытесненную в каждом случае воду, которую Вы собрали в ведёрки. Согласно закону Архимеда вес вытесненной телом жидкости равен архимедовой силе.

Учитель: Итак, из опыта мы выяснили, что

1) если тело тонет, то его вес в воздухе, а значит и сила тяжести больше силы Архимеда;

2) если тело плавает внутри жидкости или на её поверхности, то сила тяжести равна силе

Архимеда.

Учитель: Ребята, одна группа изобразила архимедову силу больше, чем силу тяжести. Эта гипотеза не подтвердилась в нашем опыте. Но всё же такая ситуация тоже может возникнуть. Как вы думаете, когда эта ситуация реализуется?

Ученики: когда тело с меньшей, чем у жидкости плотностью, какое-то время удерживается внутри жидкости. Именно в этом случае сила Архимеда больше силы тяжести, и тело будет всплывать, если его не удерживать.

В тетрадях делаем записи:

Тело тонет Тело плавает внутри жидкости Тело плавает на поверхности жидкости

F > F та Рт V g > рж gV Рт > Рж F = F та Рт V g = Рж gV Рт = Рж F = F та Рт V g = Рж^подвод. ч. Р V = Р V т т ж подвод. ч. V > V т подвод. ч. Р < Р тж

5. Проблемная ситуация, связанная с противоречием самой объективной реальности. Самым известным видом этого противоречия являются квантовые и волновые свойства фотонов и других элементарных частиц.

Если на материале новой темы не удаётся создать проблемную ситуацию, то в качестве приёма, обеспечивающего формулирование и принятие проблемы, может быть использовано «яркое пятно»: сообщение интригующего материала

Например, урок «Третий закон Ньютона» можно начать с «яркого пятна».

Примерный ход урока:

Учитель: Помните ли вы народную былину о Святогоре-богатыре, который вздумал поднять Землю? Архимед, если верить преданию, тоже готов был совершить такой подвиг и требовал точки опоры для своего рычага. Но Святогор был силён и без рычага. Он искал лишь, за что ухватиться, к чему приложить богатырские руки. «Как бы я тяги нашёл, так бы всю землю поднял!» Случай представился: богатырь нашёл на земле «сумочку перемётную», которая «не скрянется, не сворохнётся, не подымется»:

Слезает Святогор с добра коня,

Ухватил он сумочку обема рукама,

Поднял сумочку повыше колен:

И по колена Святогор в землю угряз,

А по белу лицу не слёзы, а кровь течёт,

Где Святогор угряз, тут и встать не мог.

Тут и ему было кончение.

44

Эксперимент и инновации в школе 2012/5

Развивающие подходы в образовании

Ребята, какой вопрос у вас возникает?

Ученик: Почему погиб Святогор?

Ученик: Какой закон физики не знал Святогор?

Учитель: Святогор действительно не знал один очень важный закон физики. Попробуем установить этот закон экспериментально. Если бы Святогор действовал сейчас, как бы смог он измерить свою силу, прикладываемую к «перемётной сумочке»?

Ученик: Нужно тянуть сумочку с помощью динамометра. Динамометр покажет прикладываемую силу.

Учитель: Смоделируем ситуацию, в которую по своему незнанию попал Святогор. На столах у вас лежат два динамометра и нитка с узелком посередине. На концах нити сделаны петельки, чтобы нить можно было прицепить с двух сторон к крючкам динамометров. Узелок - это «сумочка перемётная». Один из вас - Святогор, который тянет за нить с одной стороны. Динамометр измеряет силу тяги. Но «сумочка» накрепко связана с землёй: «не скря-нется, не сворохнётся, не подымется». Поэтому второй из вас будет играть роль земли и должен удерживать «сумочку»-узелок с помощью второго динамометра на месте. Как вы думаете, что будут показывать динамометры?

Ученик: Они будут показывать одинаковую силу!

Ученик: А я думаю, что один из динамометров, тот, который удерживает, а не тот, который тянет за узелок, будет показывать ноль.

Ученик: Нет, неправильно, тогда Святогор

не «угряз» бы в землю, как об этом говориться в былине!

Ученик: Вот именно в былине: может это всё сказки!

Учитель: Мнения разделились. Давайте проведём эксперимент и разрешим спор на опыте.

Учащиеся проводят фронтальный эксперимент и выясняют, что динамометры показывают одинаковую силу.

Учитель: Итак, что мы обнаружили?

Ученик: Мы видим, что силы равны, т.е. с какой силой Святогор тянул «сумочку», с такой же силой земля втягивает его самого в землю.

Учитель: Молодцы! Вы сейчас сформулировали третий закон Ньютона: «действие равно противодействию». И если бы Святогор был знаком с этим законом, то он бы не рискнул поднимать землю таким способом!

Заключение. Таким образом, из приведённых примеров видно, что технология проблемного обучения требует от учителя такого конструирования дидактического содержания материала, при котором этот материал предстаёт как цепь проблемных ситуаций. И, конечно, учитель никогда не сообщает тему урока: её формулируют сами учащиеся после того, как пройдут все этапы творческого познавательного процесса, каковым и является урок, организованный по технологии проблемного обучения.

Литература

1. Мельникова Е.Л. Проблемный урок, или Как открывать знания с учениками: пособие для учителя.- М., Изд. АПК и ПРО, 2002.- 168 с.

2. Аганов А.В., Сафиуллин Р К., Скворцов А. И., Таюр-

ский Д. А. Физика вокруг нас: Качественные задачи

по физике. Изд. 3-е, испр.- М.; Дом педагогики, 1998.336 с.

3. Горев Л. А. Занимательные опыты по физике в 6-7 классах средней школы. Кн. Для учителя.- 2-е изд., пере-раб.- М.: Просвещение, 1985.- 175 с.

4. Тихомирова С. А. Дидактический материал по физике: физика в худож. лит.: 7-11 кл.- М.: Просвещение, 1996.- 95 с.

5. Кириллов С. Н. Физические сказки.- М.: ООО «Чистые пруды», 2005.- 32 с. ил. (Библиотечка «Первого сентября», серия «Физика»).

6. Камин А. Л. Физика. Развивающее обучение. Книга для учителей. 7-й класс.- Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2003.- 352 с.

7. Семке А. И. Нестандартные задачи по физике. Для классов гуманитарного профиля. - Ярославль: академия развития, 2007.- 256 с.

8. Сборник экспериментальных заданий и практических работ по физике: 9-11-й классы: учеб. пособие для учащихся общеобразоват. учреждений /О.Ф. Кабардин, В. А. Орлов; под ред. Ю. И. Дика.- М.: АСТ: Астрель: Транзиткнига, 2005.- 239 с.

Эксперимент и инновации в школе 2012/5

45