2.2.3 Методический анализ сборников задач по физике, используемых в 11 классе средней школы

Для разработки системы задач по каждой теме курса физики можно использовать системно-структурный подход. Основным понятием, которым оперируют при этом, является понятие «система». Система (в общем случае) представляет собой множество объектов, между которыми существуют определенные связи и отношения. Системы обладают различными свойствами: структурными, функциональными и др. Структурные свойства системы характеризуют ее компоненты, отношения между ними и отношения между отдельными компонентами и системой в целом. Если компоненты системы существенно влияют друг на друга, то считают, что они образуют систему, обладающую определенной структурой. [4, c.22]

Очевидно, что учебный материал по физике представляет собой систему, обладающую логической структурой. Основными компонентами этой системы являются элементы физических знаний (научные факты, понятия, явления, процессы, законы, свойства тел и т. п.). Между структурными элементами физических знаний существуют внутренние связи, которые отражают связи, существующие между объектами и явлениями реального мира.

Таким образом, учебный материал каждой темы можно представлять как систему, состоящую из элементов физических знаний, между которыми существуют логические связи и отношения.

С точки зрения системно-структурного подхода, задачи по физике отражают и реализуют связи и отношения между элементами физических знаний. Значит, для создания оптимальной системы задач по данной теме необходимо выделить в ней основные элементы физических знаний, установить связи и отношения между ними, а также связи и отношения между элементами знаний данной темы и элементами знаний других родственных тем. Затем подобрать (составить) такую систему задач, чтобы их содержание и структура соответствовала всем выявленным связям и отношениям между элементами физических знаний. Свойства каждой задачи (содержание, структура, сложность и др.) зависят от вида связей и отношений в выделенной системе знаний.

Кроме того, система задач по теме должна быть построена так, чтобы каждая очередная задача содержала определенную новизну, была достаточно трудной, но посильной для учеников, требовала соответствующих приемов работы над ней.

Таким образом, системно-структурный подход создает возможности для разработки оптимальной системы задач по физике сточки зрения их содержания, структуры, методов и способов решения, видов деятельности и др. Однако следует признать, что в настоящее время система задач по физике создается преимущественно опытным путем и интуитивно.

Методический анализ «Сборника вопросов и задач по физике 10 кл.»

Как было сказано выше, что для достижения успехов в обучении физики в целом и решении задач в частности необходимо выстраивать взаимосвязанные системы, которые состояли бы из элементов, помогающих наилучшему усвоению материала учениками. Поэтому проанализируем тот сборник задач [2], который рекомендуется к использованию в качестве учебного пособия в 11-ом классе в средних школах.

Во-первых, хочется отметить, что данный сборник был издан в 2003 году, а учебники, рекомендуемые к использованию в качестве учебных пособий в 11-ом классе в средних школах, были изданы в 2008 и 2009-х гг. Это свидетельствует о том, что данный сборник не полностью соответствует теоретическому материалу в учебниках, так как учебная программа пересматривалась неоднократно. Во-вторых, 8-ми разделам учебника только 5 разделов задачника соответствует программе, то есть на оставшиеся разделы необходимо учителю самостоятельно подбирать литературу, потому что ни каких других учебных пособий не рекомендовано.

Теперь проанализируем качественный и количественный состав данных задач.

Раздел №1. Механические колебания и волны	На этот раздел предусмотрено 3 часа по программе, а именно темы: «Уравнение гармонических колебаний»; «Пружинный и математический маятники»; «Колебательное движение».	В данном сборнике задач это раздел №5 «Механические колебания» (задачи №563 – 666).
Раздел №2. Электромагнитные колебания и волны	На этот раздел предусмотрено 2 часа по программе, а именно темы: «Электромагнитные колебания» «Переменный электрический ток. Трансформатор».	В данном сборнике задач это раздел №6 «Электромагнитные колебания» (задачи №667 – 734).
Раздел №3. Оптика	На этот раздел предусмотрено 5 часов по программе, а именно темы: «Электромагнитная природа света. Интерференция света» «Дифракция света» «Закон преломления света» «Формула тонкой линзы» «Оптические приборы».	В данном сборнике задач это раздел №8 «Волновая оптика» (задачи №775 – 824), раздел №9 «Геометрическая оптика» (задачи №825 – 1082).
Раздел №4. Основы специальной теории относительности	На этот раздел предусмотрен 1 час по программе, а именно тема: «Основы специальной теории относительности».	В данном сборнике задач это раздел №10 «Элементы теории относительности» (задачи №1083 – 1127).

То есть на первую тему «Механические колебания и волны» предусмотрено сборником 104 задачи. Из них 26 рассчитаны на оценки от 1 до 5 и, оставшиеся 78, на оценки от 6 до 10. Наибольшее количество задач на отметку 10 – всего 28, а наименьшее на отметку 1 – всего 6. Задачи представлены в достаточном количестве, но большим разнообразием не отличаются. Для примера возьмем задачи №574, 592 и 594.

№574: «Как и во сколько раз k изменится частота колебаний ν математического маятника, когда его длина l уменьшилась в n=9 раз?»

№592: «Определите отношение частот колебаний маятников , когда их длины относятся как»

№594: «Как необходимо изменить длину l маятника, чтобы частота ν его колебаний увеличилась в n=3 раза?» [2, c.105-107]

Для решения этих задач необходимо применить формулу периода колебаний математического маятника: и формулу частоты колебаний:. То есть задачи, по сути, практически решаются в два действия, где требуется знание только этих формул. Такие задачи необходимы только для закрепления знаний, но никаких других функций они не несут. А такого рода задачи преобладают в данном сборнике (примерно 90%), поэтому они, по нашему мнению, развивают учеников однобоко, не показывая связи с другими разделами физики, и не устанавливают межпредметные связи.

В разделе «Механические колебания и волны» все задачи по характеру требований относятся к задачам на нахождение искомого, по содержанию – к ситуативным и абстрактным, по способу решения – количественные. Можно отметить наличие нескольких задач (всего 5) познавательного характера, например, на нахождение частоты колебаний кузова автомобиля.

На вторую тему «Электромагнитные колебания и волны» предусмотрено сборником 68 задач. Из них 29 рассчитаны на оценки от 1 до 5 и, оставшиеся 39, на оценки от 6 до 10. По своему составу задачи в корне не отличаются от предыдущего раздела, то есть все относятся по содержанию – к ситуативным и абстрактным, по способу решения – количественным. Эти задачи служат на проверку формул и законов для данной темы, но не устанавливают связей с другими разделами физики и предметами в целом. Опять же такие задачи уместны только на первых уроках для закрепления материала и в качестве домашних заданий. Для примера рассмотрим следующие задачи:

№723: «Первичная обмотка трансформатора имеет n₁=2400 витков. Определите количество витков n₂ во вторичной обмотке, когда при силе тока в ней I₂=1,2 А необходимо передавать во внешнюю цепь мощность Ρ₂=24,0 Вт. Напряжение в сети U₁=380 В.»

№727: «Трансформатор, который имеет в первичной обмотке n₁=300 витков, включен в сеть напряжением U₁=220 В. Во вторичную цепь трансформатора, которая имеет n₂=200 витков, включен резистор сопротивлением R=80 Ом. Определите силу тока I₂ во вторичной цепи, когда падение напряжения в ней U₂=80 В.»[2, c.127-128]

Как можно заметить, что эти задачи похожи как по формулировке, так и по способу решения. То есть при помощи них усваиваются основные понятия и формулы по теме «Трансформаторы» и тем самым видится определенный алгоритм решения задач по этой теме. Когда же ученик столкнется с похожими задачами, но имеющими межпредметные связи или использующими формулы и понятия из различных разделов физики, то есть более сложными по своей структуре, то с такими задачами он просто напросто не справится, так как будет пытаться применить определенный алгоритм решения. И это, по нашему мнению, является ошибочным и неправильным, потому что тем самым мы не развиваем физическое мышление учеников.

На третий раздел «Оптика» предусмотрено значительное количество задач, а именно 306 задач. Из них 118 рассчитаны на оценки от 1 до 5 и, оставшиеся 188, на оценки от 6 до 10. Хоть и отмечаем значительное количество задач, но на первую тему «Электромагнитная природа света. Интерференция света» отведено автором только 6 задач: №807, 808, 815, 816, 823, 824. Причем для №807 и 808 условия одинаковы, лишь небольшая разница в длинах волн (в первом случае диапазон длин волн – 600-800 нм, а во втором – 400-600 нм). На следующую тему «Дифракция света» предлагается значительное количество задач (около 44), но каждая последующая похожа на предыдущую. Например:

№805: «Найдите длину волны монохроматического света, который падает нормально на дифракционную решетку, когда угол между максимумами первого порядка α=8⁰. Дифракционная решетка содержит N=120 штрихов на миллиметр».

№806: «Определите длину волны монохроматического света, падающего нормально на дифракционную решетку с периодом d=3,0 мкм, когда угол между направлениями на максимумы третьего и второго порядков ∆= 10⁰». [2, c.140-141]

Опять же, данные задачи помогают отработать понятия и формулы по дифракции света, но дополнительной информации никакой другой не несут. Тоже самое можно отметить и для оставшихся тем – необходимо знать формулы и путем математических преобразований решить задачу.

На четвертый раздел «Основы специальной теории относительности» предусмотрено сборником 45 задач. Из них 21 рассчитаны на оценки от 1 до 5 и, оставшиеся 24, на оценки от 6 до 10. В этом разделе хоть и все задачи по способу решения количественные, но зато по содержанию довольно разнообразны. К примеру в №1117 необходимо найти через сколько лет масса Солнца уменьшится на 1% или №1121 где необходимо определить разность во времени между двумя ударами молний в концы вагона. Однако опять таки эти задачи идут на отработку алгоритма решения, а не на сущность физических явлений.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что данный сборник задач по физике является недостаточно доработанным и не полностью учитывает современные тенденции в развитии физики как науки в целом, так и школьного предмета в частности. Этот сборник в основном сориентирован на односторонность в решении задач, алгоритмизацию подходов и способов решения задач, не предоставляя возможности ученикам творчески мыслить. Решая задачи из этого сборника, ученики развивают математические способности по выводу искомых формул, но при этом не всегда вдаются в физическую сущность явлений.