Формирование умственных действий при решении биофизических задач

27.03.2023

Уразбаева Сыркуль Урунтаевна

учитель физики КГУ “Общеобразовательная школа имени Абая Кунанбаева отдела образования Карабалыкского района” Управления образования акимата Костанайской области

ФОРМИРОВАНИЕ УМСТВЕННЫХ ДЕЙСТВИЙ ПРИ РЕШЕНИИ БИОФИЗИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Уразбаева СыркульУрунтаевна

соискатель ученой степени кандидата педагогических наук, учитель физики, педагог-мастер  КГУ “Общеобразовательная школа имени Абая Кунанбаева отдела образования Карабалыкского района” Управления образования акимата Костанайской области. п. Карабалык, Республика Казахстан

Старченко Сергей Александрович

доктор педагогических наук, профессор, учитель физики МБОУ «СОШ №1» г.Южноуральск, Российская Федерация

Аннотация. В статье изучена связь физики и биологии и показаны точка зрения авторов по интеграции естественнонаучных предметов при решении задач. Предложена методика решения биофизических задач показаны пути решения биофизических задач.

Annotation. The article studies the relationship between physics and biology and shows the author’s point of view on the integration of the natural science cycle. The solution system is studied and the ways of integrating the algorithm for solving biophysical problems are revealed.

Ключевые слова: биофизика, интеграция физики и биологии, научно-теоретическое мышление, биофизические задачи.

Keywords: biophysics, integration, natural science thinking, biophysical tasks

Физика – одна из фундаментальных наук в естественнонаучном познании. Для развития естественнонаучного мышления школьников и повышения качества обучения нужно повышать целостность физического и биологического познания. Биофизические знания имеют ценность только тогда, когда учебный материал осмыслен на теоретическом уровне и может применяться в различных видах учебно-познавательной деятельности.

По мнению академика РАО А.В.Усовой, «знания становятся более глубокими, если укрупнённые системы созданы за счет дидактического синтеза знаний из различных предметов, поэтому возникает проблема разработки теории обучения и педагогических технологий, построенных на идее дидактического синтеза» [3, с.23]

Содержание учебной материала курса «Биофизика», преподаваемого нами, базируется на структуре курса физики, основной школы и сопоставляется с учебной программой курса биологии. Такое сопоставление позволяет выделит биофизические теории, которые раскрываются через решение биофизических задач, и которые активизируют мыслительную деятельность школьников.

Наш интегративно-личностный подход дидактического синтеза физики и биологии в образовательном процессе школы предусматривает:

  • выделение тенденций, актуализирующих интеграции физики и биологии;
  • определение научных источников взаимосвязи и соединения;
  • фиксацию педагогических факторов, раскрывающих особенности синтеза физики и биологии;
  • формулирование дидактических принципов взаимодействия физики и биологии;
  •  определение дидактических функций синтеза физики и биологии; осуществление классификации видов дидактического синтеза;
  • выделение приемов, методов и средств, структуры деятельности по осуществлению дидактического синтеза учебного материала физики и биологии;
  • разработку форм учебных занятий, раскрывающих целостность физики и биологии в естественнонаучном познании[1, с. 17 ].

В практической преподавательской деятельности – это синтезированное взаимодействие в естествознании, которое возникло как результат соединения физики и биологии. В теоретическом контексте – это межнаучный синтез, который должен отражаться в содержании профильной подготовки при формировании естественнонаучного стиля учебно-познавательной деятельности школьников, при решении биофизических задач раскрывающих мыслительную деятельность, адекватно отражающую деятельность естествоиспытателя. [2, с.56]

Отбор биофизического материала для моделирования учебного курса и биофизических задач осуществляется по трём направлениям. Под эти направления подбираются и формулируются биофизические задачи.

Таким образом, биофизические задачи обеспечивают межпредметное обобщение биофизического материала, развивая научно-теоретическое мышление.

Первое направление показывает учащимся единство законов природы, применимость законов физики к живому организму.

Второе направление ориентирует в физических методах воздействия и исследования биологических объектов, широко применяемых в медицине.

Третье направление показывает реализацию физических явлений и процессов в биологических структурах, бионические проявления.

Решение биофизических задач на уроках физики осуществляется со следующими дидактическими целями.

  1. Формирование у школьников знаний о биофизических закономерностях протекания в живых организмах, осознание роли физики в познании живой материи.
  2. Формирование биофизических понятий характеризующих состояние живого организма, явлений, процессов раскрывающих физиологический механизм жизнедеятельности.
  3. Ознакомление с основными физическими методами исследования биологических объектов.
  4. Осуществление подготовки школьников к обучению в профессиональных учреждениях естественнонаучного профиля.

В процессе решения качественных, количественных, экспериментальных и исследовательских биофизической задачи мы осуществляем формирование умственных действий на основе анализа, правильных и обоснованных рассуждений, синтеза, умозаключений, рассматривающих целостность биофизических явлений. Это есть индуктивно-дедуктивный синтез операций выполнения ориентировки, последовательного планирования, синтезированного решения и формирования вывода-ответа, а затем проверка его на достоверность.

Биофизические задачи принята схематически записывать в виде условий, где используются биофизические обозначения, символы, сокращения. Рассмотрим пример. [5, с.8].

Условие задачи.

Вопрос учителя. Что необходимо сделать в первую очередь для решения задачи?

Необходимо прочитать и понять условие задачи. Проанализировать условие задачи, выделить объект и предмет рассматриваемого явление, выявить связи и отношения, требование задачи и кратко записать условие.

Анализ проводится в зависимости от того, знаком ли данный объект задачи, где в задачи физика, а где биология, а главное – выявляется рассматриваемое явление и его характеристики. Проанализировав условие задачи, объект и предмет, связи, отношения, кратко записываем по следующей схеме.

Дано:

  • Определение объекта и биофизического явления;
  • Уточнения, что лежит в основе явления (биологические, химические, физические и другие знания);
  • определение количественных характеристик задачи;
  • фиксация требования задачи;

Анализ задачной ситуации:

– уточнение данных условия задачи;

– напоминание о физических явлениях, определение биологической сути – смысла задачи (о каких биологических свойствах идет речь в задачи, какая связь между физическими и биологическими знаниями);

– активизация памяти недостающими знаниями для решения задачи.

Решение:

– установление причинно-следственной связи между биологической и физической моделями задачи;

– подбор необходимой биофизической закономерности;

– математическое моделирование биофизической задачи;

– выполнение расчетных действий.

Вывод:

– проверка количественного результаты на адекватность и достоверность;

– сопоставления качественных рассуждений задачи с количественным показателем;

– формулирование общего вывода и запись ответа.

Чтобы сформировать способ решения биофизических задач, необходимо научить учащихся рассуждать – проводить анализ и синтез, включать механизмы индуктивного и дедуктивного познания, осуществлять взаимодействия качественного и количественного анализа.

Большое внимание для развития качественного анализа, мы уделяем решению качественных биофизических задач.

Алгоритм решения качественных биофизических задач следующий:

1. Ознакомление с условием задач.

2. Осмысление и сознательное понимание условия задач.

3. Составление плана решения задачи.

4. Установление причинно-следственной связи в задачи.

5. Осуществление решения задачи. Построение логического умозаключения.

6. Формулирование вывода и ответа задачи.

При выборе качественных биофизических задач следует учитывать:

● соответствие содержания задач тематики урока;

● систематичность решения задач на уроках физики;

● четкость целей и задач урока, подбор задач к уроку;

● осознанность учащимися связи между предметами;

● проблемность постановки задачи на уроке.

Качественные задачи биофизического содержания можно применять на любом этапе проведения урока, их места напрямую зависит от мастерства учителя. Качественные задачи обеспечивают формирование экспериментального и теоретического естественнонаучного мышления, они развивают естественнонаучный стиль учебно-познавательной деятельности, способствуют становлению естественнонаучной направленности ученика.

Можно привести примеры биофизических заданий, обеспечивающих перенос физических знаний на биологические объекты, а также осуществлять обратный процесс. Например, представления такого задания является заполнение таблиц сравнения на занятиях физики и биологии.

Задача-задание1.Заполните с помощью самостоятельно полученных знаний на уроках физики и биологии таблицы 1 и 2.

Таблица 1

Вид автоколебаний Например Источник энергии питания системы Регулятор поданной энергии
Механический      
Биологический      

Таблица 2

Вид автоколебаний Например Источник энергии питания системы Регулятор поданной энергии
Механический Маятниковые часы Поднятая гирь или закрученная пружина Анкерный механизм
Биологический Сердечно-кровяные сосуды Обмен веществ в клетке мышц сердца Автономная нервная система сердца

При изучении темы по физике «Источники тока. Параллельное и последовательной соединение» мы используем следующую задачу:

Задача 2.Электрические клетки электрической рыбы состоят из пластинок толщиной 10 мкм, длиной 10 мм. Каждая из них может развивать потенциал от 90 до 150 мВ. А количество таких пластинок достигает до 250мВ. Эти рыбы при защите могут производить электрического разряда достигающего напряжения 30 В или электрического тока силой 10 А. Как это можно объяснить?

Ответ: При необходимости повышения напряжений пластинок клетки между собой соединяют в цепь, а при повышении сила тока пластинки соединяют параллельно.

Тогда в первом случае:  U = U1 + U2 + … + Un;    I = I1 + I2 + … + In.

Во втором: I = I1 + I2 + … + In;   U = U1 + U2 + … + Un.

Задача 3. Если акула не будет двигаться в воде, то она начнет тонуть. Почему?

Ответ: Здесь при решении задачи будет начертано профиль акулы. Когда скорость течения воды верхней зоны акулы выше, чем нижней зоны, плотность воды меньше. В результате образуется выталкивающая сила, которая поднимает акулу вверх. Если акула в воде не будет двигаться поступательно, то утонет из-за своей веса. Потому что вес акулы больше силы выталкивания.

Эта задача решается в 10 классе при рассмотрении темы «Закон Бернулли».

Задача 4. Почему трудно подходить ближе к диким животным незамеченным?

Ответ: У диких животных очень развито чувство обоняния. Собственный запах человека через диффузию распространяются по воздуху и доходит до животных.

Задача 5. Почему маленькие капли росы на листьях некоторых растений имеют форму шариков, тогда как листья других растений роса покрывает тонким слоем?

Ответ: Это объясняется смачиваемостью поверхности листа водой.

Задача 6. Каким образом сок поднимается по стволам дерева вверх?

Ответ: Молекулы воды испаряются с поверхности листьев, на их место приходят другие молекулы. Мощные межмолекулярные силы поднимают сок по стволу от корней вверх.

Таким образом, применяемые биофизические задачи, включают межпредметную интеграцию физики и биологии, актуализируют мыслительную деятельность учащихся, развивая естественнонаучное мышление.

Можно сделать вывод: осуществление дидактического синтеза содержания физики и биологии посредством биофизических задач в образовательном процессе профильной школы обеспечивает:

– межпредметную интеграцию на различных уровнях целостности биофизического учебного материала;

– развитие научно-теоретического мышления школьников от наглядно-образного, конкретно-практического до синтезированного, интегративно-целостного;

– становление естественнонаучного стиля учебно-познавательной деятельности старшеклассников, адекватно отражающего деятельность естествоиспытателя.

Список литературы:

  1. Старченко, С.А. Интегративный подход к содержанию естественнонаучного образования [Текст]: Монография / С.А. Старченко. – Издательство ЗАО «Библиотека А. Миллера». – 2018. – 124 с.
  2. Старченко, С.А. Дидактический синтез физики и биологии в образовательном процессе [Текст]: Монография / С.А. Старченко. – Издательство ЗАО «Библиотека А. Миллера». – 2019.– 222 с.
  3. Усова А.В. Новая концепция естественнонаучного образования и педагогические условия её реализации/А.В.Усова.-Челябинск: ЧГПИ, 1996.-38с.
  4. Уразбаева С.У. К вопросу инновационной профессиональной деятельности современного учителя // СБОРНИК материалов III Международной научно-практической конференции  «Иновации в образовании; поиски и решения», I том. Астана. – 2016. – 187с.
  5. Уразбаева С.У. «Биофизика» для 10-11 классов. ISBN 978-601-343-565-7 – Алматы: Национальная книжная палата РК, 2020. – 37 с.