Аналитический подход к решению задач по физике

Федотовских В.И. Екатеринбург, МАОУ - Гимназия № 45

Аналитический подход к решению задач по физике

Решение задач является наиболее ответственным и формирующим элементом физической грамотности учащихся, компетентности, а также использования учащимися законов физики при объяснении различных явлений и процессов. Однако часто решение задачи сводится к применению формул и дальнейшего математического вычисления по этим формулам. Если задаться вопросом достаточно ли этого для понимания и усвоения законов и физических явлений, то станет очевидным – нет. Поэтому всегда следует прибегать к дополнительным условиям, формирующим физическую компетентность учащихся.

Формирование устойчивых умений и навыков при решении задач предлагаю строить на аналитическом разборе задания, куда должны входить не только способ решения задачи, но и описание физического процесса, основанного на свойствах тел, систем, их взаимодействиях, внешних влияний. Аналитический разбор задания удобно начинать в самом начале его решения. Самое важное в задаче понять физику явления и сформулировать физическую модель. Как правило, анализ помогает выполнить это и подсказать правильное направление пути решения задачи или несколько путей (вариантов).

Если предложенные задачи сводятся к знанию по определению той или иной физической величины, то достаточно в начале задания вспомнить физический смысл искомой величины. Например, при поиске скорости, нужно сделать акцент на скорости как величины изменения пути за единицу времени, а при определении плотности как содержание массы в единице объема и т.д. Но большая часть задач требует размышлений, физических и логических обоснований, поэтому требуется весьма вдумчивый подход к их решению. При решении задач, особенно сложных, достаточно рассматривать их в следующем порядке: 1 – описание предложенных тел и систем, иначе рассмотрение свойств и параметров, 2 – анализ взаимодействий или изменений физических процессов, 3 – выбор способа решения, 4 – математическое решение и проверка решения.

Опорой для поиска решения любой задачи по физике являются свойства и характеристики рассматриваемых систем, тел, они определяют особенности процессов и явлений. Поэтому в начале анализа следует обратить на них внимание, это является первым этапом анализа задачи. Например, в разделе кинематики основой анализа является скорость,изменение скорости по величине и направлению, которые предполагают различные виды движения, а следовательно разные закономерности, выраженные своим законом (формулой). При решении задач на закон сохранения импульса опорой являютсяупругие и пластичные свойства тел, при взаимодействии которых выявляется картина следствий взаимодействия. Так при решении задач по электромагнетизму необходимо в начале разбора останавливаться на свойствах электрического и магнитного полей, их графических изображений,силовых и энергетических характеристиках, которые предопределят ход решения задачи.

Следующим этапом после выявления свойств и характеристик систем или тел являютсяпроцессы изменений системы, перехода в другое состояние, взаимодействие с другими телами и системами. На этом аналитическом этапе формируется «видение» учащимися изменений, протекающих во времени. Анализ протекающего физического процесса является ключевым, на этом этапе складывается общая картина причинно-следственных связей происходящих явлений. Увидеть «неувиденное» - вот смысл этого этапа. Часто для этого следует прибегать к чертежу или рисунку, что упрощает понимание физического процесса. Этот этап особенно труден для учащихся, так как в нем надо увидеть не только результаты процесса, но и его причины. Особенно наглядно анализ изменений систем можно показать в разделе динамики. Указание сил, действующих на тела, поиск равнодействующей, как правило, формирует целостное представление учащихся о движении дел и их причине. Еще одним примером (раздел термодинамики) является переход газа из одного состояния в другое. Анализ параметров состояния газа (температуры, объема, давления), их изменение со временем наглядно изображаются графически в различных вариациях координат, поэтому с их помощью можно эффективно решить предложенную задачу. Помимо этого, следует обратить внимание на особенности хода протекания процесса в реальных условиях. Так, например, можно остановиться на вопросе, как осуществить процесс изменения давления при постоянной температуре, что является признаком постоянства температуры в меняющемся процессе, или вопросе об изменении температуры (или других параметров) в медленно протекающем процессе, или, наоборот быстро протекающем. На этом этапе полностью формируется физическая модель явления или процесса.

Третьим этапом решения задачи считаю выбор системы отсчета, если помимо изменения от времени происходит изменение координаты, либовыбор нулевого уровня потенциальной энергии, если речь идет о законе сохранения энергии. На этом этапе складывается способ решения задачи, переход к составлению уравнений в проекциях или уравнений, записанных относительно выбранного нулевого уровня. На этом этапе можно выделить три уровня способа решения задачи. Первый уровень предполагает использование частных физических законов, например, законов динамики. Второй уровень характеризуется использованием наиболее общих, фундаментальных законов, таких как закон сохранения энергии. Третий уровень предполагает решение физической задачи с использованием общих методологических принципов физики – таких, как принципы симметрии, относительности, причинности, суперпозиции. Уровень способа решения задачи предполагает уровень подготовки учащихся. Как правило, первый уровень предлагается учащимся начинающим изучение физики или изучающим новую тему. Второй уровень предназначается для подготовленных детей, а третий для учащихся, участвующих в олимпиадах.

Последний этап - этап применения физических законов к предложенным в задаче явлениям или процессам, их запись в виде формул непосредственно связан с математикой, алгебраическими уравнениями, неравенствами и их решениями. Однако и здесь учащиеся могут применить не только математические знания, но и проверить решение задачи через подстановку единиц измерения величин, составляющих конечную математическую запись искомой величины.

Четыре кратко рассмотренных этапа аналитического разбора задач достаточно для их успешного решения. Однако это не исключает деление на более детализированные этапы или алгоритмы решения, помогающие освоению курса физики.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/174777-analiticheskij-podhod-k-resheniju-zadach-po-f