Реализация проблемного обучения посредством решения изобретательских задач
статья на тему

Реализация проблемного обучения посредством

решения изобретательских задач

Перед педагогами всегда стоял вопрос, как повысить интерес обучающихся к занятиям по дисциплинам технического направления? Один из путей решения этого вопроса является проблемное обучение.

Целью проблемного обучения является формирование мотивации учебной деятельности у обучаемых посредством активизации интереса к предмету изучения.

Рассмотрим психологическую сущность проблемного обучения. Проблемным называется такое обучение, при котором преподаватель создает проблемную ситуацию, в которой есть такие психологические факторы,  как интерес, а точнее обостренный интерес и огромное любопытство. Любопытство заставляет искать ответы, обмениваться мнениями, искать информацию в литературе, находить решение. На уроках я намеренно ставлю перед студентами проблемную ситуацию или задачу, для решения которой обучающиеся, не имеют достаточных знаний. В итоге у ребят создается мотивация и положительный настрой на работу, возникает взаимодействие с преподавателем на равных. В этом и проявляется психологическая сущность проблемного обучения. В педагогике, выделяются следующие типы проблемных ситуаций:

1. Учащиеся не знают способа решения поставленной задачи, не могут ответить на проблемный вопрос;
2. Учащиеся сталкиваются с необходимостью применения ранее полученных знаний в новых обстоятельствах
3. Учащиеся находят противоречия между теоретическим путем решения вопроса и практической неосуществимостью избранного способа;
4. Ребята обнаруживают противоречие между достигнутым результатом и отсутствием теоретического обоснования.

В роли проблемных ситуаций на занятиях по дисциплинам технического направления выступают изобретательские задачи, которые помимо проявления любопытства и интереса вызывают развитие творческих и изобретательских способностей и навыков. Развитие выше указанных способностей на уроках поможет проблемное обучений посредством использования теорию решения изобретательских задач - ТРИЗ. Опыт использования решения ТРИЗ показал возможность повышения творческого потенциала будущих специалистов, активных новаторов на производстве. Работа по ТРИЗ делится на три этапа.

Первый этап: требуется выявить противоречие.

Второй этап: трансформировать его в другой вид (если это необходимо).

Третий этап: найти способ устранения противоречия.

Проиллюстрируем выше сказанное конкретными примерами из своего опыта работы

Задача 1.

Как измерить высоту пещеры, до свода которой не доходит свет фонарика, а вскарабкаться по стене невозможно? Нужен простейший способ, причем вес приборов минимален.

Противоречие: требуется прибор, почти немеющий вес

Способ устранения противоречия: использовать выталкивающую силу

Решение: Надо взять с собой ненадуый воздушный шарик на длинной веревке, надуть его и подогреть, потом отпустить к потолку пещеры. В том месте, где держала рука сделать отметку когда шар перестал подниматься

Задача 2.

Ажурные вышки ЛЭП состоят на прочных бетонных фундаментах. В свою очередь фундамент должен покоиться  на прочном грунте. На севере выбора нет, прочный грунт - это монолит вечномерзлого грунта. Лишь небольшой верхний слой оттаивает летом, ниже этой глубины и устраивают фундаменты. Но изредка (когда именно неизвестно) выпадает особенно жаркое лето, тогда от прогретого бетона может растаять окружающий грунт и вышка пошатнется, а то и упадет. Поэтому все лето дежурная бригада следит за трассой ЛЭП. Технология проверки примитивная: вертолёт зависает около вспышки, рабочий спускается вниз и с помощью «контрольного прибора»- заостренного стального стержня - протыкает землю в нескольких местах. В определении глубины оттаявшего грунта легко ошибиться: стержень может наткнуться на камень или обломок бетона. Нужен надежный и простой способ определения глубины оттаявшего грунта, не требующий участия человека. Пролетел, скажем, вертолет над трассой один раз - и все ясно; или еще лучше: у оператора на схеме трассы зажглась красная лампочка, значит надо отправлять аварийную бригаду на вертолете. Ваше предложение?

Противоречие: Нужен надежный и простой способ определения глубины оттаявшего грунта, не требующий участия человека

Устранение противоречия: Использовать механические, физические характеристики грунта и термомеханические, термоэлектрические, термомагнитные эффекты теплового поля.

Идея: при оттаивании меняются механические и физические свойства грунта: он разжижается, частицы не связаны между собой, появляется вода, грунт становится проводником тока, изменяются его акустические свойства. При прямом преобразовании теплового поля в сигнальное поле надо использовать физические эффекты (термомеханические, термоэлектрические, термомагнитные эффекты)

Решение:

а) появившаяся вода замыкает контакты и вспыхивает лампочка или посылается радиосигнал

б) пьезокристалл освобождаясь ото льда, выталкивает на поверхность яркий знак

в) фитиль нижний конец, которого опущен в емкость с раствором яркой краски, вмороженную в грунт на критической глубине (оттаявшая краска поднимается по фитилю, и на поверхности расплывается яркое пятно)

г) на критической глубине расположить емкость с кипящим при ОС газом или раствором, выделяющим газ, газ по шлангу поступит на поверхность и надует воздушный шар с яркой окраской

д) растаявшая вода внутри грунта может растворить соль между электродами и получится простейший химический источник тока, который обеспечит работу радиопередатчика.

Задача 2.

Воздушная линия ЛЭП проходит через местность, в которой сильно повышается температура. При этом от теплового нагрева провода сильно удлиняются и опасно провисают. Известны различного рода натяжные компенсаторы, но они усложняют и удорожают строительство и эксплуатацию ЛЭП. Было предложено сделать опоры ЛЭП выше не 5-7 м, однако это резко повысило бы стоимость сооружения линии. Как быть?

Противоречие: Увеличение высоты опоры приведет к увеличению стоимости сооружения линии, что экономически неоправданно.

Устранение противоречия: использовать современные материалы для крепления проводов.

Решение: стержень, скрепленный с проводом нужно  выполнить из нитинола (ранее приобретенное знание из курса материаловедения сплавы с памятью - слав обладающий эффектом памяти формы) с температурной точкой изменения формы в наружном интервале температур: при достижении критической температуры нитиноловый элемент будет укорачиваться (изгибаться, принимать форму волны и т.п.) и натягивать провод.

Задача 4.

На ламповом заводе возникла проблема в связи с массовыми жалобами потребителей на то, что качество ламп низкое: они быстро выходят из строя - перегорают спирали. Как сказал директор, давление газа внутри лампы отклоняется от нормы. Возникает вопрос: как его измерить? Предлагалось взвешивать каждую лампу. Зная массу баллона лампы и объем ее колбы, вычислять давление. Но масса газа в баллоне мала, поэтому нужны очень точные измерения. Это в условиях массового производства нежелательно, так как усложняет и удорожает технологический процесс. Как быть?

Противоречие:

Увеличение точности измерений влечет к замедлению темпа выпуска ламп и возрастание их стоимости

Способ разрешения проблемы: применить эффект коронного разряда. Если на нить накала подать высокое напряжение, то яркость и размер возникающей внутри лампы короны будет зависеть от давления газа; сравнивая полученную корону в каждой  лампе с принятой за норму, можно легко отбраковывать некачественные лампы.

Содержание задач ТРИЗ можно найти в литературе, а также придумать вместе с ребятами. Методика изучения ТРИЗ является одним из способов успешной реализации проблемного обучения.

Литература

1. Саламатов Ю.П. Как стать изобретателем. – М,: Просвещение, 1990.- 226с.
2. Малофеев Р.И. Проблемное обучение физике в средней школе. – М,: Просвещение, 1980.-128с.
3. Локтионов А.В. Статья «Проблемное обучение средствами изобретательских задач», научно - методический журнал «Физика в школе» №3 2010г