Статья на тему «Применение качественных задач в процессе преподавания физики и электротехники в профессиональных образовательных учреждениях»
статья

Статья на тему «Применение качественных задач в процессе преподавания физики и электротехники в профессиональных образовательных учреждениях» 

Козак Ж.А, Санкт-Петербургское государственное бюджетное профессиональное образовательное  учреждение «Автодорожный колледж», Санкт-Петербург

Нa современном этапе научно-технической революции квалифицированный работник должен иметь такой диапазон компетенций, который позволит ему в короткие сроки освоить новую технику и технологические процессы, связанные с полученной специальностью. Требования влекут за собой необходимость нового подхода к обучению новых кадров, что находит своё отражение в технических колледжах.

Одним из основных условий успешной подготовки квалифицированных работников в колледжах является органическое единство общеобразовательной и профессиональной подготовки. В данной работе рассматривается взаимосвязь предметов профессиональной подготовки (общетехнического и специального циклов) как составная часть указанного единства.

Физика и основы электротехники являются профилирующими общетехническими предметами для подготовки квалифицированных работников различных технических специальностей. Это обусловлено тем, что эти предметы, являются прикладными науками, расположенными между естественными науками и производительным трудом. Следовательно, учебные предметы электротехника и физика занимают особое место в содержании образования в технических колледжах: базой для них являются естественно-математические предметы, а сами они служат базой для предметов специальной направленности и производственного обучения.

Таким образом, между физикой, а также электротехникой и профилирующими предметами в нашем колледже существует объективная связь, которая заключается в том, что получаемые на этих уроках понятия, принципы, законы являются базой для их изучения. Эта связь и учебном процессе может быть реализована при помощи различных форм межпредметных связей.

Эта связь может осуществляться путём научного обоснования устройства и принципа действия оборудования, машин и механизмов на основе законов, полученных по физике и электротехнике, решения задач с производственным содержанием и т.п.

Из всего многообразия форм осуществления межпредметных связей я хочу обратить внимание на  применение задач, способствующих взаимосвязи предметов. Далее будем называть их задачами с межпредметным содержанием, учитывая, что это название непосредственно отражает сущность задачи как формы осуществления межпредметных связей. Безусловно, задачи с межпредметным содержанием не вычерпывают всех возможностей установления межпредметных связей, однако  я хотела бы остановиться именно на этой форме, которая учитывает следующие обстоятельства.

Во-первых, при осуществлении межпредметных связей не должно быть ограничения в виде простого оживления в памяти студентов тех или иных понятий, законов и т.д. из области ранее изученных ими учебных предметов. Эти знания, понятия должны привлекаться так, чтобы они органически включались в ту систему знаний, которая являются содержанием изучаемого в данный момент учебного предмета. По моему мнению, задачи с межпредметным содержанием в наибольшей степени удовлетворяют указанному требованию.

         Можно выделить пять основных типов задач, которые характерны для осуществления связи электротехники и физики с профилирующими предметами в нашем колледже:

- расчётные задачи;

- технологические задачи;

- диагностические задачи;

- прогностические задачи.

В приведённых типах задач большее внимание необходимо уделять задачам с качественными параметрами. Это обусловлено тем, что такие задачи позволяют лучше осмыслить любое явление или процесс в том или ином конкретном устройстве, схеме, основанные на определённых физических и электротехнических закономерностях. Задачи в данных рекомендациях являются задачами по физике с производственным (практическим) содержанием, так как при их составлении необходимо:

а) учитывать характер труда работников по конкретным специальностям;

б) анализировать квалификационные характеристики, учебные программы профилирующих предметов и производственного обучения по соответствующим специальностям;

в) задавать реальные диапазоны изменений параметров и характеристик различных устройств.

Примеры качественных задач демонстрирующие межпредметную связь физики с электросваркой.

1. Вследствии короткого замыкания загорелись провода. Почему их нельзя тушить водой или огнетушителем до тех пор, пока загоревшийся участок не отключен от сети?

Ответ: Вода хороший проводник электрического тока.

2. Для чего рукоятки инструментов, которыми пользуются сварщики, покрывают резиной?

Ответ: Резина изолятор, поэтому предохраняет от поражения током.

3. Высокое напряжение необходимо при «зажигании» дуги, в дальнейшем ток поддерживается при низком напряжении. Откуда берутся свободные электрические заряды при горении дуги?

Ответ: Свободные заряды создаются за счет ионизации и термоэлектронной эмиссии.

4. Какими свойствами должны обладать провода плавкого предохранителя?

Ответ: Проволока в предохранителе должна быть тонкой и легкоплавкой. (лучше из свинца).

6. Пламя электрической дуги безвредно для зрения, если дуга горит в воде. Почему?

Ответ: Вода поглощает УФ лучи.

7. Почему выбор прозрачности стекла в щитках сварщика зависит от режима сварки?

Ответ: Стекло не пропускает УФ лучи и защищает глаза сварщика. В зависимости от режима сварки, мощность излучения меняется, поэтому подбирают стекло определенной прозрачности.

8. Почему вблизи того места, где оборванный провод высокого напряжения соприкасается с землей, рекомендуется стоять на одной ноге?

Ответ: Вблизи оборванного провода, соприкасающегося с землей, возникает неоднородное электрическое поле. Если человек встанет двумя ногами на землю вблизи такого провода, то потенциалы в соответствующих точках земли будут неодинаковыми и, следовательно, возникает ток, проходящий через тело человека. Сила тока будет тем большей, чем более неоднородное поле и чем шире расставит ноги человек. Ток практически будет отсутствовать, если человек стоит на одной ноге.

Примеры качественных задач демонстрирующие межпредметную связь физики с теоретической подготовкой водителей автомобилей категории «В»:

 1. Стоит ли ехать на желтый свет? Каждый водитель порой оказывается перед необходимостью быстро решить, остановиться или проехать на желтый свет светофора. Это подсказывает ему интуиция, выработанная методом проб и ошибок; однако точный расчет позволяет проанализировать такие ситуации, где интуиция бессильна. При каких значениях начальной скорости и расстояния до перекрестка следует остановиться (или рискнуть проехать на красный свет), если заранее известны время, в течение которого горит желтый свет, и размеры перекрестка? (Согласно «Правилам дорожного движения» ускорение автомобиля не должно превышать 5,8 м/с2) Определите интервал скоростей и расстояний, при которых вы успеваете проехать вовремя. Обратите внимание, что при некоторых значениях этих параметров вы можете решать, проезжать или нет. Но, возможно, что скорость или расстояние будут таковы, что вы не успеете ни проехать, ни остановиться вовремя ? и тогда вас ждут большие неприятности.

 Ответ: Подъезжая к перекрестку, на котором только что загорелся желтый свет, водитель может затормозить с максимальным отрицательным ускорением, проскочить перекресток с максимальным положительным ускорением или продолжать ехать с прежней скоростью. Для примера рассмотрим следующий набор параметров: автомобиль движется со скоростью 54 км/ч (15 м/с), ширина перекрестка 10 м, желтый свет горит 2 с, а максимальное ускорение равно −3м/с2 при торможении и +3 м/с2 при разгоне. Определим, на каком расстоянии от перекрестка нужно находиться, чтобы выбрать какой-либо из трех вариантов прохождения перекрестка (при условии, что двигатель немедленно реагирует на нажатие педали акселератора). Для того чтобы успеть вовремя проскочить перекресток в тот момент, когда загорается желтый сигнал, вы должны находиться от него не дальше, чем в 26 м. Чтобы вовремя остановиться, нужно быть от перекрестка не ближе чем в 37,5 м. При расстоянии в пределах 26 − 37,5 м можно выбрать любую тактику.

2. Повернуть или остановиться? Порой от знания физики может зависеть ваша жизнь. Представьте себе, что автомобиль, за рулем которого вы сидите, едет прямо на кирпичную стену, которая находится в конце Т-образного перекрестка (рис.). Что делать? Тормозить изо всех сил, не допуская заноса, стараясь рулить прямо? Поворачивать на полной скорости или выруливать вбок, тормозя по мере возможности?

 Ответ:

 Если пренебречь тем, насколько может быть опасен для пассажиров удар автомобиля тем или другим бортом, и если стену объехать нельзя, то нужно двигаться прямо на нее, пытаясь затормозить как можно скорее. Расчет показывает, что при идеальном состоянии тормозов и дорожного покрытия избежать столкновения со стеной, двигаясь по дуге окружности, можно только в том случае, если сила трения между колесами и дорогой будет вдвое больше, чем при торможении, когда автомобиль движется прямо.

Эффект применения качественных задач зависит от их подбора, который в свою очередь должен быть подчинен основной цели – осуществлению политехнического обучения и связи с производством.