CC BY
181
УДК 53 (072.3)
Т.В. Львова
Cитуационные задачи по предметам естественнонаучного цикла — ресурс обновления содержания школьного образования
Специфика ситуационных задач - в практико-ориентированном характере. В рамках предпрофильного курса 8-х классов «Повседневная физика» использованы ситуационные задачи по физике 7-8-х классов. Широкие возможности для расширения тематики задач предоставляет предпрофильный курс 9-го класса «Физические условия на планетах Солнечной системы». С целью разработки ситуационных задач для дальнейшей апробации среди учащихся была создана проблемная группа учителей физики «Ситуационные задачи -ресурс обновления содержания образования и подготовки учащихся к итоговой аттестации».
Ключевые слова: ситуационные (компетентностные) задачи, практика использования, расширение банка данных.
Физика как учебный предмет исключительно важна не только для формирования мировоззрения ребенка . но и для его успешной социализации . обеспечения во многом его личной безопасности в различных жизненных ситуациях. В этой связи новое звучание приобретают так называемые ситуационные задачи . специфика которых заключается в ярко выраженном практикоориентированном характере. Но для их решения необходимо конкретное предметное знание. Направленность таких задач на формирование и ключевых . и предметных компетенций позволяет называть их компетентностными задачами.
ФГОС второго поколения по физике. в частности . предусматривают: анализ и переработку учащимися полученной информации в соответствии с поставленными задачами . освоение приемов действий в нестандартных ситуациях . овладение эвристическими методами решения проблем . получение учащимися умений и навыков решения практических задач повседневной жизни . обеспечения безопасности своей жизни . рационального природопользования и охраны окружающей среды.
Ситуационная задача включает в себя: личностно-значимый вопрос. который поможет ученику убедиться в необходимости данного знания; текст (таблицы . графики. рисунки); вопросы к данным текстам. экспериментальные задания; запоминающееся название.
Использование ситуационных задач на уроке требует значительных временных затрат. Это отмечают все . кто использует их в своей практике. В существующих сегодня условиях широкое использование ситуационных задач возможно в рамках предпрофильных и элективных курсов. В текущем 2011-12 учебном году на базе нашей гимназии был разработан и проведен сетевой предпрофильный курс по физике для учащихся 8-х классов «Повседневная физика», где рассматривались следующие основные темы: «Физика вокруг нас» (вводное занятие),
«Физика на кухне»,
«Физика «в реке . в ручейке . в океане . и в ванной . и в бане»»,
«Физика на прогулке»,
■ «Физика в походе. Уроки рациональной ходьбы»,
■ «Физика на производстве»,
■ «Рациональная организация учебного труда в классе и дома с точки зрения физики»,
«Физика и здоровье» (заключительное занятие).
В ходе занятий по усмотрению учителя целесообразно использовать не только
© Т.В. Львова , 2012 16
развернутые ситуационные задачи. Не менее значимыми и интересными могут оказаться задачи, которые принято называть качественными и которые, несмотря на их краткость и более узкий спектр формируемых компетенций, также являются по сути ситуационными, имея практикоориентированный характер и требуя от учащихся самостоятельности и умения применять надпредметные и предметные знания в нестандартной ситуации.
В качестве примера приведу некоторые вопросы, которые были предложены школьникам на занятии нашего курса «Физика на кухне».
Вопросы для обсуждения по теме «Физика в “Книге о вкусной и здоровой пище”»:
1. Зачем солят воду при варке яиц?
2. Как лопается оболочка сосиски при варке и почему?
3. Как быстрее получить кипящую воду
— сразу бросить в нее соли или наоборот — дождаться . пока она закипит?
4. Кипит ли вода внутри макаронины в процессе варки? Почему?
5. Почему продукты в пароварке готовятся значительно быстрее?
6. Почему ожог паром опаснее . чем кипящей водой?
7. Почему сковородки с толстым дном удобнее для качественного приготовления пищи?
8. Почему при использовании сковородок с антипригарным покрытием рекомендуется распределять пищу равномерно по ее поверхности?
9. Почему высоко в горах традиционно готовят мясо на открытом огне? Можно ли сварить яйцо вкрутую высоко в горах?
10. Как поведет себя капля воды на теплой сковородке? А как на раскаленной? Почему?
11. Если пробка на бутылке с газировкой не откручивается, нужно ли встряхивать ее, чтобы под увеличивающимся давлением газов пробка открутилась легче?
Учащимся было предложено из приведенного перечня вопросов выбрать те, которые связаны с различными физическими явлениями . например: тепловое расширение тел, давление, фазовые переходы и т.д. Работа выполнялась в группах, время было ограничено. Та группа. которая вовремя и правильно подобрала максимальное количество вопросов по заданной теме и смогла обосновать свой выбор, получала и максимальное количество баллов, которые затем складывались в отметку. Задание это вызвало много споров и большой интерес у учащихся, отнесение того или иного вопроса к конкретному разделу физики оказалось далеко не однозначным. Скомпонованные таким образом вопросы можно использовать для формулировки развернутых ситуационных задач. Придумывание таких задач может стать домашним заданием для группы учащихся, так как одним из главных результатов обучения физике является умение составлять и решать задачи.
В силу ограниченности объема данной статьи приведем в сокращенном варианте тексты лишь некоторых задач, сконструированных и апробированных в рамках курса «Повседневная физика».
1. «Термометр на любой вкус, или Изобрети термометр!»
Как известно. температура - мера средней кинетической энергии теплового движения молекул. Поэтому она не может быть измерена непосредственно. Для ее определения нужно выбрать термометрическое вещество и его физическое свойство . зависящее от температуры. При этом измеряются такие физические параметры, как объем, давление, электрические, механические, оптические, магнитные и другие свойства. Необходимое условие измерения температуры - тепловое равновесие чувствительного элемента и тела, температура которого определяется. В зависимости от измеряемых интервалов температур наиболее распространены жидкостный, газовый термометры, термометр сопротивления, термопара и пирометры.
В жидкостном термометре термометрической характеристикой является объем, чувствительным элементом - резервуар с жидкостью (обычно спирт или ртуть). В пирометре в качестве термометрического свойства используется интенсивность излучения. Принципиальное отличие пирометров от других термометров состоит в том, что их чувствительные элементы не находятся в непосредственном контакте с телом. Пирометры используют для измерения сколь угодно высоких температур.
При измерении сверхнизких температур термометрическим веществом служат парамагнетики, а измеряемым свойством
- зависимость их намагниченности от температуры.
Используемый в медицине ртутный термометр указывает максимальную температуру и называется максимальным термометром. Эта особенность обусловлена его устройством: резервуар с ртутью отделен от градуированного капилляра волосяным сужением, которое не позволяет ртути при охлаждении термометра возвратиться в резервуар. Существуют и минимальные термометры, показывающие наименьшую температуру за длительный промежуток времени.
Существуют так называемые твердотельные термометры, в основе действия ко-торых лежит принцип зависимости линейных размеров твердых тел от температуры:
I = 10*(1 + а* А Ь),
где 10 - длина тела при температуре 00С. Коэффициент пропорциональности а называют температурным коэффициентом линейного расширения. Он показывает. на какую долю своего первоначального значения изменяются линейные размеры тела при нагревании его на 1К.
Задание
1. Почему стакан или другая стеклянная посуда дает трещину, если налить в нее кипяток? Что предпринять. чтобы стакан не лопнул при наливании в
него горячего чая?
2. Почему при использовании сковороды с антипригарным покрытием рекомендуется распределять пищу равномерно по ее поверхности?
3. Зачем перед помещением в микроволновую печь клубни картофеля, сосиски или другие продукты в оболочке рекомендуется наколоть вилкой или ножом?
4. Предложите способ изготовления компактного твердотельного термометра. При этом учтите, что при изменении температуры меняется не только длина, но и все другие линейные размеры тела.
5. Для измерения температуры с большой точностью в небольшом интервале значений служит метастатический термометр (см. рис.). состоящий из большого резервуара 1 с жидкостью (обычно ртуть) и узкого длинного капилляра 3. Подумайте, для чего служит резервуар 2. За счет чего достигается большая точность измерения температуры?
А
Рис. Метастатический термометр
2. «Тепловой удар — это опасно»
Известно, что все мы краснеем в жару, но бледнеем и дрожим от холода. Известно также, что кожа получает тепло главным образом с притекающей кровью. Самая комфортная для человека температура окружающей среды 18-200С. Если она станет выше 250С. то возбуждаются кожные нервные окончания, воспринимающие тепловое раздражение, и благодаря сигналам от центральной нервной системы сосудорасширяющим мышцам происходит расширение сосудов кожи. В кожу притекает больше крови из внутренних органов. и она краснеет. При понижении температуры окружающей среды, т.е. при значительной разнице температур кожи и воздуха организм начинает отдавать все большую часть тепла за счет теплопроводности и излучения. Для уменьшения теплоотдачи сосуды суживаются, поэтому мы бледнеем.
Наиболее легко регулируемый способ уменьшения внутренней энергии -испарение. Обильное выделение пота ведет к охлаждению организма, помогает нормально работать в условиях высокой температуры. Всякие условия, затрудняющие испарение, нарушают регулирование теплоотдачи организмом. Для терморегуляции любого живого организма важную роль играет потоотделение, обеспечивая постоянство температуры тела человека или животного.
Нормальным для жизни человека считается воздух с относительной влажностью от 40 до 60 %. Высокая влажность воздуха затрудняет испарение. Активное потоотделение является значительной нагрузкой для человека. Во влажных субтропиках, например, или на некоторых производственных предприятиях жить и работать очень тяжело. Относительная влажность ниже 40% при нормальной температуре воздуха тоже вредна, так как приводит к усиленной потере влаги организмом, что может явиться причиной снижения его иммунитета и обезвоживания.
Тепловой удар - это перегрев организма вследствие нарушения терморегуляции при длительном воздействии высокой температуры окружающей среды. Иногда тепловой удар развивается неожиданно, сопровождаясь потерей сознания. В некоторых случаях предвестниками его служат головная боль, сонливость, головокружение, нарушения сознания . тошнота.
Задание
1. Подумайте, какие меры необходимо предпринять, чтобы избежать теплового удара? Что нужно непременно взять с собой, отправляясь на прогулку или в поход в жаркую погоду? Какой одежде надо отдать предпочтение? Не лучше ли снять с себя по возможности больше одежды?
2. Какие условия нужно создать для человека, пораженного тепловым ударом? Какую помощь надо ему оказать?
3. Предложите способы понижения температуры и повышения влажности воздуха в комнате в течение дня в условиях аномальной жары, если у вас нет кондиционера.
Особый интерес у школьников вызывают задания на астрономическую и космическую тематику. С учетом перспектив дальнейшего развития космонавтики и далеко идущих планов развитых государств по осуществлению «Лунной и марсианской программ» все большую востребованность приобретают задачи, в которых речь идет о физических процессах во внеземных условиях, в условиях невесомости в частности. Экзотические условия на других планетах и, соответственно. совершенно неожиданные свойства вещества в этих условиях будоражат воображение и дают мощный стимул к изучению физики. Несколько лет назад мною была предпринята попытка разработки предпрофильного курса для 9-го класса «Физические условия на планетах Солнечной системы и перспективы колонизации планет земной группы». Серьезная поддержка для такого курса -
использование ряда интереснейших бесплатных компьютерных программ, доступных в интернете. <^агса1с» - это астрономическая программа-планетарий, которая позволяет получать изображения звездного неба для любого момента времени и любой точки земного шара как для всей небесной полусферы целиком, так и для ее увеличенной части. «ОгЬ^ег» - это симулятор космических полетов, в кото-
ром использованы реалистичные физические модели движения планет, динамики кораблей и атмосферных явлений. «Се^^а» - бесплатный космический 3D-симулятор Вселенной. Привожу примерную программу предпрофильного курса для 9-го класса «Физические условия на планетах Солнечной системы и перспективы колонизации планет земной группы» (см. табл.).
Таблица
Содержание курса и способ развертывания
№ п/п Тема занятия Кол-во часов Методы и формы работы
1 Строение Солнечной системы. Сравнительная характеристика планет земной группы и планет-гигантов 2 Работа с компьютерной программой «Селестия» (визуальный симулятор космического пространства в реальном времени) - знакомство с местоположением .особенностями движения . внешним видом планет и их спутников
2 Законы движения планет и их использование для расчета траектории космических аппаратов 2 Видеофрагмент «Законы Кеплера» с последующим обсуждением. Основные принципы расчетов траектории межпланетных перелцтов (сообщения учащихся)
3 Исследования Солнечной системы советскими (российскими) и зарубежными АМС и их результаты 2 Видеофрагменты . сообщения учащихся . самостоятельная и групповая работа с литературными источниками и дальнейшее обсуждение ее результатов
4 Сравнительная характеристика физических условий на планетах земной группы и Луне 3 Самостоятельная работа в группах с программой «Селестия» и литературными источниками -выполнение творческих заданий по темам: 1) фазовые переходы 1-го рода на Меркурии . Луне . Венере . Марсе; 2) комплекс мер. необходимых для обеспечения жизнедеятельности человека на этих планетах; 3) возможности использования планет и их ресурсов в интересах человечества. Обсуждение результатов на открытом занятии с приглашением всех желающих
№ п/п Тема занятия Кол-во часов Методы и формы работы
5 Марс как возможная среда обитания человека 2 Диспут по темам: «Жизнь на Марсе - проблема остается» и «Колонизация Марса: за и против»
6 Перспективы освоения Солнечной системы 3 Выполнение творческих заданий (проектов) «Мой прогноз освоения Солнечной системы» в свободной форме (в виде тезисов. научно-фантастических рассказов . серии рисунков и т.д.). Деловая игра «Создаем среду обитания на Марсе». Итоговая конференция
Резерв 2
Итого: 16
Возможности использования ситуационных (компетентностных) задач на уроках физики и во внеурочной деятельности не раз обсуждались среди коллег на заседаниях городского методического объединения учителей физики. Трансляция опыта приобретает особую актуальность в связи с проведением ГИА и ЕГЭ. Поэтому решено было в 2011-2012 учебном году на муниципальном уровне организовать проблемную группу учителей физики «Ситуационные задачи естественнонаучного цикла как ресурс обновления содержания школьного образования и подготовки учащихся к итоговой аттестации (ГИА и ЕГЭ)». План работы проблемной группы на год включает в себя:
- обсуждение примеров и методики разработки (конструирования) ситуационных задач естественнонаучного содержания;
- обсуждение методики оценивания решения таких задач (разработка конкретного перечня критериев оценивания . который должен прилагаться к тексту задачи или к подборке задач . чтобы облегчить проверку их решения учителем);
- тренинг по разработке ситуационных
задач . отбор задач для апробации среди учащихся школ города;
- апробация отобранных ситуационных задач среди учащихся 8-11-х классов. анализ результатов апробации . корректировка . доработка задач. отбор задач для сборника (возможной публикации);
- размещение материалов сборника на сайте Управления образования для использования в работе всеми заинтересованными учителями. Анализ деятельности проблемной
группы свидетельствует о правомерности реализуемых целей и позволяет судить о том. что решение практико-ориентирован-ных задач требует реализации комплексного подхода . использования всего багажа знаний . умений и навыков. которые имеются в распоряжении школьника . поэтому и для конструирования таких задач целесообразно привлекать учителей разных смежных специальностей - химиков. биологов. географов. учителей технологии. И если в следующем учебном году это удастся сделать в рамках нашей проблемной группы. уровень работы по созданию банка ситуационных задач естественнонаучного содержания будет значительно выше.
Список литературы:
1. Акулова О.В., Писарева С.А., Пискунова Е.В. Конструирование ситуационных задач для оценки компетентности учащихся: учеб.-метод. пособие для педагогов школ. СПб.: КАРО, 2008. 96 с.
2. Кибальченко А.Я., Кибальчен-
ко И.А. Физика для увлеченных. Решать задачи трудНО вместе возможно. Ростов н/Д: Феникс, 2005.
3. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика: учеб. для мед. вузов. М.: Высш. школа, 1987.
