Использование проблемного обучения при решении физических задач. (X класс, физико – математический профиль, «Решение задач на расчет количества теплоты»). Старовская Ирина Иосифовна, учитель физики МБОУ Гимназия №4 г.Мурманск Использование проблемного обучения при решении физических задач позволяет, основываясь на ранее полученные знания, усваивать новые. Дети учатся применять накопленный багаж информации в практической деятельности. Развивается логическое мышление учащихся. Они устанавливают причинно следственные связи, строят логические цепочки рассуждений. Класс разбивается на несколько групп. При этом каждая группа получает свое задание. В ходе совместной работы развиваются коммуникативные умения и навыки. Каждый может высказать свою точку зрения, обсудить предложенные варианты решения. По окончании обсуждения каждая из групп представляет свою задачу и вариант решения всему классу. При этом ребята учатся полно и точно выражать свои мысли, развивается их монологическая и диалогическая речь. На момент начала урока каждому ученику выдается листок с текстами всех предлагаемых задач. Задачи подобраны таким образом, что кроме информации по физике содержат сведения по истории развития физики, по литературе и по математике. Это делает процесс обучения более содержательным и интересным. Работа на уроке сопровождается показом презентации «За страницами учебника…». Урок начинается с определения проблемной или творческой задачи. «Под проблемной или, или творческой, задачей следует понимать такую задачу, в которой «сформулировано определенное требование, выполняющееся на основе знаний физических законов, но в котором отсутствуют прямые или косвенные указания на те физические явления, законами которых следует воспользоваться для решения этой задачи». (1, с.16) Структура деятельности учащихся и учителя в ходе проблемной беседы. (2.с.142) Этапы Деятельность учителя Деятельность учащихся I Создает проблемную ситуацию и побуждает учащихся к формулировке проблемы. Анализируют проблемную ситуацию и формулируют проблему. II Побуждает учащихся к анализу проблемы. Помогает актуализировать необходимые знания. Анализируют проблему на основе имеющихся знаний, добывают новые знания. Высказывают предположения о возможном решении проблемы. Организует деятельность по добыванию новых знаний. Оценивает предлагаемые решения. III Руководит решением и проверкой решения. Реализуют найденное решение и проверяют его. Задание группы №1 (3, с. 10, 48) Как определить удельную теплоту парообразования воды, располагая домашним холодильником, кастрюлей неизвестного объема, часами и равномерно горящей газовой горелкой? Удельную теплоемкость воды считать известной. Пусть кастрюля содержит воду, охлажденную в холодильнике до 00 С (в воде еще плавают крохотные кусочки льда). Поставим ее на газовую плиту, одновременно заметив показания часов. Обозначим 1 - время до момента закипания, 2 - время до того момента, когда вся вода испарилась. Если при сгорании газа ежесекундно образуется q джоулей тепла, то количества теплоты Q1 и Q2, необходимые соответственно для нагревания воды до кипения можно записать в следующем виде: Q1 mc(t 2 t1 ) q 1 , Q2 mr q 2 , где m - масса воды, налитой в кастрюлю, c - удельная теплоемкость воды, r - удельная теплота парообразования воды, t1=00 C- температура охлажденной воды, t1=1000 C - температура кипения. Поделив равенство почленно, получим (t 2 t1 )c / r 1 / 2 , откуда r (t 2 t1 )c 2 / 1 Поскольку учет тепловых потерь (на в окружающее пространство, на нагревание кастрюли и пр.) невозможен, полученный результат не должен претендовать на большую точность. Задание группы №2. (4, с.108) Е.Евтушенко Когда тебя толкает злоба К забвенью собственной души, К бесчестью выстрела и слова, Не поспеши, не соверши! Остановись, идя вслепую, О население Земли! Замри, летя из кольта, пуля… Что будет происходить с пулей, пущенной из кольта, если она, по желанию поэта, «замрет» в воздухе? Формирование данных. Пусть m - масса пули пистолета «Кольт», V - скорость пули (V=300 м/с для кольта марки М1911А1), - материал пули – свинец, с - удельная теплоемкость материала пули с=1,3*10 2Дж/К кг t0- температура внешней среды (t0=20 0С), tпл- температура плавления материала пули (t пл =327 0С), - удельная теплота плавления материала пули ( 2,5 *10 4 Дж/кг).. Используя закон сохранения энергии, мы должны констатировать, что кинетическая энергия пули, если она мгновенно «замрет» в воздухе, перейдет в тепловую энергию движения молекул. В предположении отсутствия передачи тепла воздуху кинетическая энергия пули пойдет на нагревание пули до температуры плавления и, возможно, плавление части ее массы, то есть mV 2 mc(t пл t 0 ) m , 2 где m - масса пули, перешедшая в расплав. Откуда m 1 V 2 c(t пл t 0 ) . m 2 В зависимости величины параметров, входящих в правую часть соотношения, возможны m следующие значения соотношения : m 1. m 0, – это означает, что температура пули просто не достигла t пл , m 2. 0 3. m 1 , – это соответствует условию, что масса пули m расплавилась, m m 1 , – это означает, что вся пуля расплавилась, и расплав будет нагреваться до m температуры, большей t пл . Определим отношение m для указанных в разделе формирования данных значений m параметров: Если пуля, пущенная из кольта, по желанию поэта «замрет» в воздухе, то она нагреется до температуры плавления свинца – 327 0С и 20% ее массы расплавится. Задание группы №3 (5, с.74) Крыльчатка в опыте Дж.Джоуля вращалась с помощью двух опускающихся грузов по 14 кг каждый (см. рис). Грузы опускались приблизительно на 2 м, затем Джоуль вновь накручивал веревку и опускал грузы. В каждом опыте проводилось 12 таких падений. Эффективная масса воды в калориметре составляла около 7 кг (сюда включалась и поправка на калориметр, крыльчатку и т.д.). Приняв, что коэффициент перехода между механической потенциальной энергией и теплотой составляет 4,2 Дж\кал, найдите возрастание температуры воды. Q cm2 T Приняв, что вся потенциальная энергия идет на нагревание воды, получим: kQ Eпот , но Eпот nm1 gh . Тогда kcm2 T nm1 gh ; T nm1 gh (m1 масса грузов; m2 – kcm2 масса воды); T 0,23 К или t 0,230 C Задание группы №4 (6, с.74) Первые измерения удельной теплоемкости произвел Дж.Блек. Он налил равные объемы воды и ртути в одинаковые сосуды, поместил их на одинаковом расстоянии от огня и наблюдал за скоростью повышения температуры воды и ртути. Ученый был в полной уверенности, что температура ртути будет повышаться медленнее, чем воды, поскольку плотность ртути в 13,5 раза больше. Верным ли было предположение Блека? Температура ртути повышалась вдвое быстрее, так как удельная теплоемкость ртути равна 1/27 удельной теплоемкости воды. Действительно, QPT cPT mPT TPT и QB cB mB TB - это полученные ртутью и водой количества теплоты. По условию задачи время опыта одно и тоже, тогда: QPT QB ; cPT mPT TPT cB mB TB ; TPT c m B B . TB c PT mPT Учитывая, что cB m TPT 1 27 , получим 27 и B 2 . Отсюда очевидно, что c PT mPT 13,5 TB 13,5 TPT 2TB , т.е. ртуть нагрелась в 2 раза быстрее. Задание группы №5 (7, с.49). Задачи, приводящие к логарифмическим уравнениям или неравенствам. Для обогрева помещения, температура в котором Tп = 200 С, через радиатор пропускают горячую воду температурой Тв = 600 С. Через радиатор проходит m= 0,3 кг/с воды. Проходя по радиатору расстояние х = 84 м, вода охлаждается до температуры Т (0С), причем x cm log 2 TВ Т П , Т ТП Дж ВТ теплоемкость воды, 21 0 коэффициент теплообмена, а 0,7 – 0 кг С С постоянная. До какой температуры (в градусах Цельсия) охладится вода? где с 4200 Решение. Задача сводится к решению уравнения х=84 при заданных значениях теплоемкости, коэффициента теплообмена и постоянной : х 84 x cm log 2 0,7 log2 TВ Т П 84 Т ТП 4200 0,3 60 20 log2 84 21 Т 20 40 40 2 4 Т 20 10 Т 30 0 С Т 20 Т 20 Ответ: 30 С. В своих отзывах об уроке учащиеся говорили, что интересно решать задачи, где что-то не дано, что-то нужно предположить самим, говорили о появляющемся интересе при решении задач с историческим или литературным содержанием. Все единодушно отмечали, что для решения подобного рода задач необходимо знать основной материал. Литература 1. Научно - методический журнал «Физика. Все для учителя», Пилотный выпуск, 2010, статья «Технология проблемного обучения на примере изучения курса физики в общеобразовательной школе, автор Б.Л.Тевлин. 2. Л.А.Иванова, Активизация познавательной деятельности учащихся при изучении физики, Пособие для учителей, Москва, «Просвещение», 1983. 3. В.Н.Ланге, Экспериментальные физические задачи на смекалку, Физика, Библиотечка физико-математической школы, Москва, «Наука», Главная редакция физикоматематической литературы, 1985. 4. А.П.Смирнов, О.В.Захаров, Веселый бал и вдумчивый урок, Физические задачи с лирическими условиями, Издательство фирмы «Кругозор», Москва, 1994. 5. С.В.Позойский, И.В.Галузо, История физики в вопросах и задачах, Пособие для учителей учреждений, обеспечивающих получение общего среднего образования, Минск, «Вышэйшая школа», 2005. 6. С.В.Позойский, И.В.Галузо, История физики в вопросах и задачах, Пособие для учителей учреждений, обеспечивающих получение общего среднего образования, Минск, «Вышэйшая школа», 2005. 7. Д.Д.Гущин, А.В.Малышев, ЕГЭ 2011, Задача В 10, Задачи прикладного содержания, Рабочая тетрадь под редакцией А.Л.Семенова и И.В.Ященко, Москва, Издательство МЦНМО, 2011.