Вниз

17 Март 2011

Применение графиков при изучении равномерного прямолинейного движения в основной школе

Боков П.Ю.1, Бокова А.С., Шаронова Н.В.2

1 физический факультет МГУ

2 факультет физики и информационных технологий МПГУ

Обучение работе с графической информацией в основной школе начинается на уроках природоведения и физической географии. Здесь учащиеся знакомятся с графиком – «розой ветров» (работа в полярных координатах), системой координат на Земле (меридианы, параллели), разного рода изолинии и т.п. Практика работы школы показывает, что, несмотря на сложность работы с таким представлением информации, учащиеся вполне усваивают данный материал. В процессе обучения учащиеся самостоятельно наносят на контурные карты изолинии, строят по результатам собственных наблюдений зависимости температуры от времени, «розы ветров» и.т.п.

Систематическое изучение графиков (понятий системы координат, координатной плоскости, точки на координатной плоскости) в основной школе начинается на уроках математики в 6 классах (начальный этап) и продолжается на уроках алгебры (7 класс и далее), геометрии (8 класс), физики (7 класс и далее).

Один из первых переходов от абстрактного (математического) к конкретному в графическом представлении информации осуществляется на уроках физики. Элемент математической культуры – умение строить графики по точкам и по функциональным зависимостям и читать графики – на уроках физики становится важным элементом естественнонаучного склада мышления. В государственном стандарте основного общего образования по физике 2004 г. на эту тему сказано, что «учащиеся должны уметь представлять результаты измерений с помощью таблиц, графиков и выявлять на этой основе эмпирические зависимости: пути от времени, силы упругости от удлинения пружины, силы трения от силы нормального давления, периода колебаний маятника от длины нити, периода колебаний груза на пружине от массы груза, температуры остывающего тела от времени, силы тока от напряжения на участке цепи, угла отражения от угла падения света, угла преломления от угла падения света…» [1].

В связи с этим, применение графиков в курсе физики имеет общекультурный и мировоззренческий характер. У учащихся появляется возможность перейти от безликих, абстрактных зависимостей y(x) на уроках математики, алгебры и геометрии к осмысленным зависимостям координаты от времени x(t), скорости от времени v(t), температуры от времени t(t), напряжения от силы тока U(I) и др.

Следует также отметить, что все перечисленные выше умения учащихся диагностируются заданиями контрольно-измерительных материалов, как ГИА, так и ЕГЭ [2]. Методические письма сотрудников ФИПИ [3 - 5] обращают внимание методистов и учителей физики на то, что задания ГИА и ЕГЭ с графиками выполняются тестируемыми на 40% хуже других видов заданий. Задания с графиками встречаются в КИМах ГИА и ЕГЭ. Так, согласно принятой кодификации в варианте ГИА встречается от 2 до 4 заданий с представлением условия в виде графика. Причем одно из заданий – на умение работать с текстом и приложенным к нему графиком (№16-18 в ГИА) – задание нестандартного вида.

Отметим, что задания с графиками в условии являются не единственными заданиями, проверяющими сформированность понимания учащимися причинно-следственных связей в физических явлениях. Ряд заданий – их называют «задания на проведение мысленного эксперимента» (№15 в ГИА) – также тестируют наличие у учащихся представлений о функциональных зависимостях между величинами, отражающих различные виды взаимосвязей, в том числе причинно-следственные.

Для выявления успешности овладения учащимися 7 класса умениями по работе с графиками был проведен констатирующий эксперимент. Было выдвинуто предложение: «Учащиеся основной и средней школы, решая задачи по физике, хуже справляются с теми из них, выполнение которых осуществляется с привлечением графиков». Для проверки гипотезы констатирующего эксперимента были проанализированы графические задания ГИА и ЕГЭ, учащимся были предложены задания на работу с графиками и были изучены и обработаны результаты выполнения таких заданий.

Тестирование учащихся на этапе констатирующего эксперимента проводилось по традиционной схеме [6]. Констатирующим экспериментом были охвачены учащихся 7 –х классов г. Москвы (161 участник). Среди них учащиеся гимназии № 1543 (77 человек), общеобразовательной школы с гимназическими классами № 1119 (40 человек), общеобразовательной школы № 1254 (42 человека). Шестнадцать участников эксперимента (школа № 1119) были из коррекционного класса (это дети из неблагополучных семей). Учащиеся гимназии № 1543 изучали физику по учебнику А.В. Грачева, В.А. Погожева, А.В. Селиверстова и др. В данном учебнике технология работы с графиками подробно описана в тексте соответствующих параграфов. Учащиеся остальных школ изучали физику по учебнику А.В. Перышкина.

Тестирование проводилось в начале мая 2010 года, когда программа 7 класса в части рассмотрения механического движения была пройдена.

Учащимся предлагались задания, проверявшие следующие элементы знаний и умений:

1) по аналитической записи закона движения находить начальную координату материальной точки и значение ее скорости;

2) по графику движения определять начальную координату, координату по времени, время по координате, вычислять значение скорости;

3) решать графически задачу о движении двух точечных тел вдоль прямой.

Анализ результатов констатирующего эксперимента показал следующее.

  1. Учащиеся 7-х гимназических классов выполнили задания лучше, чем учащиеся общеобразовательных и коррекционного классов, что вполне естественно. Учащиеся гимназических классов школы № 1119, изучавшие физику по учебнику А.В. Перышкина, хуже справились с предлагаемыми заданиями, чем учащиеся гимназии № 1543, изучавшие физику по учебнику А.В. Грачева, В.А. Погожева, А.В. Селиверстова и др. Этот результат может быть связан, прежде всего с тем, что уровень подготовки и учебной мотивации учащихся гимназии № 1543 выше, чем в других школах, участвовавших в эксперименте, и с отличиями изложения учебного материала о графическом представлении механического движения в учениках.
  2. Успешное в целом выполнение заданий учащимися школ № 1254 и № 1119, по-видимому, определялось сформированностью математических знаний и умений, обеспеченностью уроками математики и алгебры. Однако этих резервов учащимся явно не хватило, например, для определения скорости (наклона графика), что часто тестируется КИМ ГИА и ЕГЭ.

Проведенный анализ методической и дидактической литературы (учебников по физике математике, алгебре, геометрии, КИМов ГИА и ЕГЭ, сборников контрольных работ и сборников заданий для подготовки к ГИА и ЕГЭ), а также, методических писем по результатам ГИА и ЕГЭ и проведенный констатирующий эксперимент позволили сформулировать гипотезу поискового эксперимента: если учебные пособия будут содержать подробное изложение материала, связанного с графическим представлением механического движения, дополняющее объяснение учителя во время урока и реализующее межпредметные связи с курсом математики, то учащимися вопросы, связанные с графическим представлением механического движения, будут усвоены лучше.

Формулировка гипотезы поискового эксперимента основана на том, что дети, обучавшиеся по учебнику А.В. Грачева и др., где в текстах параграфов учебника подробно расписана технология работы с графическим представлением движения, лучше справились с заданиями констатирующего эксперимента.

Тестирование учащихся на этапе поискового эксперимента также проводилось по традиционной схеме [6]. В качестве материалов входного тестирования были использованы результаты констатирующего эксперимента.  На этой основе были выбраны учащиеся с примерно одинаковым уровнем подготовки по физике и интереса к этому предмету. И учащимся школ № 1119 и № 1254 было дано домашнее задание следующего содержания. Учащиеся получили копии текстов параграфов из учебников А.А. Фадеевой и др. (8 класс), А.Ф. Кабардина (7 класс), А.А. Пинского и др. (7 класс), А.В. Грачева и др. (7 класс), в которых приведено описание прямолинейного равномерного движения с применением графиков. Учащиеся должны были дома самостоятельно прочесть материал соответствующих параграфов и разобраться в нем. У учащихся была возможность задать учителю вопросы по данному материалу. Затем было проведено повторное тестирование, которое показало существенно более высокий уровень выполнения графических заданий теми, учащимися, которые проработали учебный материал по предложенным фрагментам учебников. Причем наибольших успехов достигли учащиеся, изучавшие самостоятельно при выполнении домашнего задания по учебникам, в которых изложение принципов и приемов работы с графиками при описании прямолинейного движения было обоснованным и наиболее подробным.

Таким образом, поисковый этап эксперимента показал, что для формирования умений учащихся работать с графическим представлением движения недостаточно рассчитывать на имеющиеся у учащихся математические знания и умения и ограничиваться кратким изложением материала в учебнике физики. Если материал по работе с графиками в учебнике физики основан на анализе эмпирических данных и максимально подробно изложен при непременном учете взаимосвязей с курсом математики, то учащиеся успешнее справляются с решением задач на графическое представление равномерного прямолинейного движения.

В дальнейшем планируется провести анкетирование учителей с целью выяснения их точки зрения о методике применения графиков при преподавании темы «Равномерное прямолинейное движение» и разработать методику работы с графиками при изучении  механических явлений в курсе физики основной школы.

Литература

  1. Т.Б. Васильева, И.Н. Иванова. Физика. Естествознание. Содержание образования: Сборник нормативно-правовых документов и методических материалов. – М.: Вентана-Граф, 2007. – 208 с.
  2. Н.Е. Важеевская, Н.С. Пурышева, Е.Е. Камзеева. ГИА 2010. Физика: тематические тренировочные задания: 9 класс. – М.: Эксмо, 2010. – 160 с.
  3. М.Ю. Демидова и др. «Аналитический отчет по результатам ЕГЭ по физике в 2006г. – Физика в школе №1 (2007). – 52 с.
  4. М.Ю. Демидова, В.А. Грибов, Г.Г. Никифоров. Рекомендации по подготовке к ЕГЭ- 2008.-Физика в школе №6, № 7 (2008).
  5. М.Ю. Демидова, Г.Г. Никифоров. Основные результаты ЕГЭ- 2007 по физике.- Физика в школе №3, №4 (2008).
  6. В.И. Загвязинский, Р. Атаханов. Методология и методы психолого-педагогического исследования: Учеб. Пособие для студ. высш. пед. учеб. Заведений. – М.: Академия, 2001. – 208 с.
Еще из рубрики Научные статьи

Обсуждение закрыто.