Учебно-методический комплект для обучения решению задач механики при подготовке школьников к участию в экспериментальных турах олимпиад по физике

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В.ЛОМОНОСОВА» ФИЗИЧЕСКИЙ
ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ МЕХАНИКИ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ШКОЛЬНИКОВ К УЧАСТИЮ В ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ТУРАХ ОЛИМПИАД ПО ФИЗИКЕ
Научный руководитель: доцент кафедры общей физики к.ф.–м.н. Якута Алексей Александрович Научный консультант: специалист по учебно-методической работе ГАОУ ДПО г. Москвы «Центр педагогического мастерства» Черников Юрий Александрович
Допущена к защите Заведующий кафедрой профессор Салецкий Александр Михайлович

Введение.

Необходимыми условиями для успешного выступления школьников на олимпиадах высокого уровня по физике являются выработка навыков решения задач экспериментального тура и закрепление этих навыков у учащихся. Методика решения олимпиадной задачи, как и возможные варианты использования оборудования, позволяющие её решить, часто оказываются довольно нестандартными, выходящими за рамки повседневного опыта решения заданий, предусмотренных школьным курсом физики. Участие в экспериментальных турах олимпиад по физике требует специальной целенаправленной подготовки. Целостной системы подготовки школьников к решению творческих экспериментальных физических задач в настоящее время не существует. Ввиду практически полного отсутствия соответствующей специальной литературы самостоятельная подготовка школьников крайне затруднена. Информации, которую можно почерпнуть из архивов и сборников олимпиадных задач, зачастую недостаточно для воспроизведения рассматриваемых задач преподавателями, не имеющими опыта работы с заданиями олимпиадного формата. Следует иметь в виду и то, что на задачи, используемые в качестве учебно-тренировочных, накладываются особые требования. Эти задачи должны наилучшим образом иллюстрировать применение навыков, востребованных не только при проведении конкретного эксперимента, но и в широком ряду других экспериментальных заданий. Таким образом, возникает необходимость в разработке специального набора учебных экспериментальных задач, предназначенных для подготовки школьников к участию в экспериментальных турах олимпиад по физике.
1 Обзор литературы и постановка задачи.
Участие в олимпиадах по физике (например, [1–4]) – одна из сфер интеллектуальной деятельности, использующая знания и умения школьников в области физики. Для успешного выступления участник олимпиады должен иметь прочные многосторонние знания в области физики. Отличительной чертой олимпиадных задач является их оригинальность и нестандартность – как предлагаемые задания, так и возможные способы их решения выходят далеко за рамки устоявшегося формата задач, рассматриваемых в рамках школьной программы [5]. Поэтому при подготовке к участию в олимпиаде необходимо развивать у школьников умение эффективно использовать накопленные знания и навык применения нестандартного, творческого подхода в процессе поиска верного решения. «Олимпиадный» формат интеллектуальных соревнований подразумевает исключительно самостоятельную работу школьника [6]. Во время олимпиадного тура участник может использовать лишь собственные знания и не имеет возможности прибегать к помощи дополнительных источников информации, либо обращаться за помощью, связанной с поиском решения задачи (организационные вопросы являются исключением). На решение олимпиадной задачи участнику отводится фиксированное время. Экспериментальный тур физической олимпиады – это сфера деятельности, позволяющая участникам продемонстрировать свои умения и навыки при практическом применении знаний в области физики. Задание экспериментального тура может включать в себя измерения какого-либо параметра экспериментальной установки, физической константы, экспериментальное исследование зависимостей между физическими величинами, проверку теоретического закона на практике, применимость закона или закономерности в рассматриваемом конкретном случае. Для решения задачи участнику предоставляется фиксированный набор оборудования. Для 4 успешного выполнения задания участник олимпиады должен самостоятельно провести предварительные теоретические расчёты, продумать методику проведения эксперимента. Практическая работа подразумевает под собой проведение предварительного пробного эксперимента. В случае если полученные результаты соответствуют ожиданиям, а достигаемая точность измерений удовлетворяет потребностям, проводится эксперимент (или серия экспериментов), направленных на проведение измерений. Далее проводится анализ результатов измерений [7], выполнение вычислений, оценка погрешностей, допущенных при измерениях, формулировка и представление конечного результата.

2 Разработка учебно-методического комплекта.
2.1 Состав учебно-методического комплекта и принципы его создания.

Разработанный учебно-методический комплект предназначен для обучения решению задач механики при подготовке школьников к участию в экспериментальных турах олимпиад по физике. Комплект состоит из методической и технической части. В методическую часть входит набор описаний задач, сопровождающихся методическими указаниями по подготовке и проведению эксперимента, а в техническую – необходимое для проведения эксперимента оборудование, скомпонованное соответствующим образом. Первым этапом работы по разработке и созданию этого учебно-методического комплекта стал анализ доступных автору источников информации, содержащих сведения о задачах, представленных в минувшие годы на экспериментальных турах олимпиад различного уровня трудности по физике. На основе полученных данных был определён перечень навыков, необходимых для решения рассмотренных задач. Среди рассмотренных экспериментальных задач были отобраны те, которые наилучшим образом иллюстрируют применение этих приёмов и навыков [25–34]. В дальнейшем при наличии необходимости выбранные задачи дорабатывались с учётом их дальнейшего использования в качестве учебных. В ряде случаев с целью отработки некоторых навыков было принято решение создать новые оригинальные задачи. Для каждой задачи были сформулированы условия. Отобранные таким образом задачи составляют комплекс экспериментальных задач, который является основой учебно-методического комплекта. Следующим важным этапом работы явилось воспроизведение этих