Галузо И.В. Дидактическая обработка профессионально направленного материала для курса физики ПТУ

Преподавание физики в среднем профтехучилище имеет ту особенность, что физика здесь изучается не только как один из общеобразовательных предметов, но и служит целям профессиональной подготовки учащихся. Как ни один другой предмет она формирует политехнические знания и умения и способствует неформальному изучению основ техники и технологий по получаемым учащимися профессиям.

Одним из ведущих принципов в преподавании физики в ПТУ является профессиональная направленность, сущность которой заключается в ориентации задач, содержания, методов и организационных форм обучения на будущую профессию учащихся. Взаимосвязь основ наук и профессиональной подготовки должна обеспечивать целостность содержания обучения, его систематичность и последовательность, единство теории и практики, связь обучения с жизнью и основами профессии.

В педагогической практике при осуществлении взаимосвязи курса физики и профессиональной подготовки наиболее ответственными являются следующие моменты:

• отбор необходимого производственного материала к уроку физики (факты и сведения о характеристиках, устройстве, принципах работы машин и механизмов, технологических процессах и т.д.);

• подготовка отобранного материала к восприятию учащимися, т.е. его дидактическая обработка;

• разработка методики использования производственного материала в учебном процессе.

Необходимо, чтобы отобранный и подготовленный к использованию в учебном процессе профессионально направленный материал удовлетворял следующим требованиям:

• технические примеры должны знакомить учащихся с сущностью наиболее важных и широко применяемых устройств и технологических процессов, характерных для приобретаемой учащимися профессии;

• материал должен соответствовать современному уровню развития науки и техники и отражать перспективы их развития;

• привлекаемые на урок сведения из техники должны быть органически связаны с программным материалом курса физики, углублять и конкретизировать его;

• технические сведения должны быть лаконичными и понятными учащимся, не содержать информации, не связанной с рассматриваемыми законами, явлениями и понятиями, не иллюстрироваться сложными схемами, таблицами, чертежами и рисунками, затрудняющими выявление физической сущности того или иного устройства или технологического процесса.

Преподаватели физики зачастую затрудняются в практической реализации данных требований. Иногда технический материал дается учащимся в том виде, в каком он приведен в специальной литературе. Увлекаясь изложением фактов, преподаватели забывают обращать внимание учащихся на физические закономерности, лежащие в основе приводимых ими примеров. Вследствие этого у учащихся по ходу рассмотрения технических материалов возникает множество вопросов, связанных с выяснением роли ряда несущественных деталей (особенно это касается графического материала), из-за чего урочное время используется нерационально, а рассмотрение сведений, связанных с производством, превращается в самоцель.

В качестве образца приведем несколько примеров, дающих некоторое представление о подходах к переработке фрагментов материалов, взятых из специальной технической и учебной литературы по профессиям, относящимся к сельскому хозяйству. Для наглядности вначале приводятся заимствованные материалы (Учитывая ограниченность объема журнальной статьи, все исходные материалы из специальной литературы приводятся в сокращенном виде, однако это не помешает получить представление о специфике их трансформации в дидактический материал для уроков физики), а затем – переработанные и подготовленные к использованию в работе с учащимися.

Пример 1.

Исходный материал. Конденсатор служит для уменьшения подгорания контактов прерывателя, для повышения напряжения во вторичной обмотке трансформатора, а также для улучшения разряда между электродами свечи зажигания. Действие конденсатора состоит в следующем.

В момент замыкания цепи первичной обмотки трансформатора в магнето ток низкого напряжения проходит через контакты прерывателя, минуя конденсатор. (Как известно, конденсатор не пропускает постоянный электрический ток.) В момент размыкания контактов меньшая часть тока пробивает воздушный промежуток между размыкающимися контактами прерывателя, образуя небольшую искру, но при увеличении зазора между контактами большая часть тока поступает только на конденсатор. Конденсатор, поглощая ток, заряжается, в результате чего уменьшается искрение между контактами. Напряжение на обкладках конденсатора при этом повышается. Когда оно достигает определенного значения, конденсатор начинает разряжаться, при этом его разрядный ток имеет направление, противоположное току, который создается в первичной обмотке трансформатора. Созданные этими токами магнитные потоки также' будут противоположны по направлению, что приведет к быстрому размагничиванию сердечника трансформатора. Быстрое намагничивание и размагничивание сердечника вызывает значительное повышение ЭДС во вторичной обмотке.

(Шпаков Л.И.Электрооборудование тракторов, комбайнов и автомобилей: Учеб. пособие для сред. сел. проф.-техн. училищ. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1978. – С.73-75.)

Переработанный материал. Параллельно контактам прерывателей в магнето и системах батарейного зажигания двигателей внутреннего сгорания включают конденсатор емкостью 0,17-0,35 мкФ. Конденсатор способствует уменьшению подгорания контактов и повышению напряжения между электродами искровой свечи зажигания. Энергия, которая пошла бы на образование искры между контактами, идет на зарядку конденсатора. Ток разряда конденсатора вызывает затем повышение напряжения на свече зажигания.

Комментарий. Текст о роли конденсаторов в контактных системах зажигания и магнето значительно сокращен по той причине, что рассмотрение этого материала на уроке предусматривается проводить после завершения формирования понятия об электроемкости, когда разговор будет идти о практических применениях конденсаторов. Физическая сущность причины повышения напряжения между электродами свечи зажигания может быть рассмотрена позже при изучении электромагнитной индукции.

Цель данного фрагмента – показать учащимся, что конденсатор является не только радиодеталью, используемой сугубо в радиотехнических аппаратах, но и то, что его свойство накапливать и отдавать электрические заряды может быть использовано в самых различных устройствах и приборах. Для конкретности в текст добавлены сведения о номинальном значении применяемых в системах зажигания конденсаторов, что важно для будущей профессиональной деятельности учащихся. Полезно продемонстрировать учащимся среди множества видов радиотехнических конденсаторов и конденсаторы, устанавливаемые на автомобилях, подчеркивая при этом, что принципиальной разницы между теми и другими нет.

Пример 2.

Исходный материал. Инфракрасные влагомеры, в основу работы которых положен метод высушивания, позволяют измерять влажность зерна и семян различных культур, а также трав с достаточно высокой точностью и быстротой. В качестве источника теплоты используется лампа накаливания мощностью 200-300 Вт, которая размещена над чашкой чувствительных весов, где тонким и ровным слоем рассыпают навеску материала. Зерно и семена перед измерениями размалывают, растительный материал (сено) должен быть порезан. Размер навески в большинстве измерений составляет 20 г. Время нагрева в зависимости от материала колеблется от 20 до 30 мин. Степень нагрева выбирают такой, чтобы не допустить ожогов (подгорания) материала, что обеспечивает достоверное определение влажности.

При правильной эксплуатации около 95% показаний инфракрасных полевых влагомеров укладываются в ±1% влажности по сравнению со стандартным методом сушки продолжительностью 1 ч при температуре 130 °С.

(Секанов Ю.П.Контроль влажности зерна в колхозах и совхозах. – М.: Знание, 1977. – С. 6-7.)

Переработанный материал. Влажность зерна, семян различных культур и трав можно определять инфракрасным влагомером, в основу работы которого положен метод высушивания продуктов под действием инфракрасных лучей. В качестве источника инфракрасного излучения используется обычная лампа накаливания 2 (рис. 1) мощностью 200-300 Вт, располагаемая над одной из чашек чувствительных весов 3, где ровным слоем рассыпают навеску исследуемого материала 1 (как правило, массой 20 г).

Зерно и семена непосредственно перед измерениями размалывают, растительный материал (например, сено) должен быть порезан. После включения лампы по мере испарения воды, содержащейся в исследуемом материале, равновесие весов постепенно будет нарушаться. Когда вся вода испарится, стрелка весов укажет влажность вещества, находящегося на чашке весов. Шкала 4 проградуирована в процентах влажности.

Рис. 1. Определение влажности продуктов инфракрасным влагомером

Комментарий. В данном случае особенностью переработки исходного материала, кроме упрощения исходного текста за счет исключения некоторых подробностей, явилось введение схематического рисунка, позволяющего наглядно показать размещение оборудования при проведении измерений и более доступно объяснить учащимся суть термо-гравитометрического метода измерений.

Пример используется на уроке при рассмотрении практического применения инфракрасного излучения. Кроме того, данный материал можно использовать для постановки лабораторной работы (на основе переработанного текста необходимо подготовить инструкцию для учащихся).

Пример 3.

Исходный материал. Спидометр с приводом от гибкого вала (рис. 2) имеет механизм узла скорости и механизм учетного узла. Механизм скоростного узла состоит: из валика 1, с жестко закрепленными на нем магнитом 5 и магнитным шунтом 4, чашеобразной картушки 6, магнитного экрана 7... (Далее рассматривается назначение и взаимодействие остальных деталей, показанных на рисунке.)

Рис. 2.Схема спидометра с приводом от гибкого вала (троса)

При вращении магнита его магнитный поток пронизывает алюминиевую картушку бив теле картушки индуктируется ЭДС, создающая вихревые токи. Токи образуют свое магнитное поле, которое, взаимодействуя с полюсами вращающегося магнита, создает вращающий момент, вызывающий поворот картушки в сторону вращения магнита, а вместе с ней оси 8 и стрелки 12, указывающей скорость движения автомобиля.

(Ильин Н.М. и др.Электрооборудование автомобилей: Учебник для автотранспортных техникумов. – М.: Транспорт, 1978. – С. 230-231.)

Переработанный материал. Для измерения скорости движения транспортных средств (автомобилей, мотоциклов, мопедов), а также пройденного ими пути применяются спидометры. Действие спидометра – вернее той его части, которая служит для измерения скорости – поясняется рис. 3. Вместе с валиком 1 привода спидометра вращается жестко закрепленный магнит 2. В алюминиевом диске 3 при вращении магнита возникают вихревые токи, создающие свое магнитное поле. Взаимодействие магнитного поля магнита и магнитного поля вихревых токов создает крутящий момент, увлекающий диск в сторону вращения магнита, а вместе с ним и стрелку 5. С увеличением числа оборотов вращения магнита увеличивается и величина вихревых токов в диске, а вместе с этим увеличивается и угол поворота диска, в результате чего стрелка прибора будет указывать большее значение скорости. При постоянной скорости вращения магнита диск, повернувшись на определенный угол, останавливается, так как его момент вращения уравновешивается противодействующим моментом спиральной пружины 4. Шкала 6 прибора проградуирована в единицах скорости.

Рис. 3.Схема спидометра

Комментарий. Помимо переработки текста, в данном примере значительно упрощен рисунок. На рисунке оригинала было указано 14 позиций различных деталей. Упрощенный рисунок содержит только 6 позиций деталей, позволяющих доступно пояснить учащимся физические основы действия прибора. Такой рисунок преподаватель вполне может в ходе объяснения нарисовать на доске или заранее подготовить простой плакат.

Учащимся сообщается, что спидометр функционально состоит из двух частей (т.е. объединяет в себе два прибора): для определения пройденного пути и измерения мгновенной скорости движущегося транспортного средства, но подробно рассматривается только принцип измерения скорости.

В подтверждение теоретических положений, изложенных при рассмотрении принципа действия спидометра (см. рис. 3), и с целью доказательства работоспособности подобного устройства полезно продемонстрировать опыт по индукции в сплошных проводниках с помощью прибора для демонстрации вихревых токов. В завершение рассмотрения вопроса следует продемонстрировать учащимся реально используемый на практике спидометр.

Описание прибора для демонстрации вихревых токов и методика работы с ним приводятся в кн.: Демонстрационный эксперимент по физике в старших классах средней школы / Под ред. А.А.Покровского. Т. II. – М.: Просвещение, 1972. – С. 239-240.

Пример 4.

Исходный материал.

Табл. 1.

Влияние излучения различных источников света на рост растений

ЛЛ – люминесцентная лампа; ЛН – лампа накаливания

(Леман В.М.Культура растений при электрическом свете. – М.: Колос, 1971. – С. 134.)

Переработанный материал. Люминесцентные лампы являются значительно лучшим источником искусственного освещения для выращивания растений, чем лампы накаливания. Под люминесцентными лампами, как правило, вырастают прямостоящие, крепкие растения с короткими междоузлиями и толстыми стеблями. Короткие междоузлия и большой диаметр стеблей обеспечивают выращенным растениям высокую механическую устойчивость.

Преимущество применения люминесцентных ламп перед лампами накаливания видно из табл. 2.

Табл. 2.

Сравнение применения различных источников света для выращивания растений

ЛЛ – люминесцентная лампа; ЛН – лампа накаливания

Чтобы создать освещенность, достаточную для нормального роста растений без естественного света только с помощью ламп накаливания, необходимо над каждым квадратным метром площади, занятой растениями, поместить лампы мощностью не менее 1,0-1,5 кВт, излучающие большое количество инфракрасных лучей. В результате растения сильно перегреваются, происходят ожоги тканей, в листьях уменьшается содержание хлорофилла, изменяется поверхностная масса листьев.

Рациональное сочетание ламп дневного света и ламп накаливания положительно сказывается на качестве выращиваемых в теплицах овощей.

Комментарий. Пример иллюстрирует переработку табличного материала. Из исходной таблицы исключена излишняя для учащихся информация о наименованиях сортов, ограничен перечень культур, изменено название таблицы.

Цифровые данные о размерах растений в переработанном материале приводятся не для запоминания учащимися, а для того, чтобы проиллюстрировать им преимущества применения в тепличном растениеводстве люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания.

Для углубления материала данного фрагмента можно обратить внимание учащихся на то, что не все типы люминесцентных ламп одинаково эффективно воздействуют на растения. Например, с точки зрения интенсивности фотосинтеза наиболее эффективны люминесцентные лампы низкого давления по сравнению с люминесцентными дуговыми ртутными лампами. Более подробные сведения о предпочтительности применения в тепличном хозяйстве люминесцентных ламп различных типов изложены в кн.: Сто советов электрику. – Мн.: Ураджай, 1976. – С. 198.

Следует иметь в виду, что для более полного и всестороннего изложения фрагментов профессионально направленного материала следует пользоваться не одним, а несколькими источниками технической информации (как в рассмотренном нами примере 4). Кроме того, изложение технического текста имеет свои особенности и специфику, такие материалы обычно рассчитаны на подготовленного читателя. Поэтому, прежде чем выносить какой-то технический материал на обсуждение с учащимися, преподавателю физики необходимо самому глубоко и детально в нем разобраться, при необходимости проконсультироваться с коллегами, ведущими общетехнические и специальные предметы.

При дидактической обработке профессионально направленного материала особое внимание необходимо уделять соблюдению единства терминологии, избегать использования внесистемных единиц измерения физических величин, некорректных формулировок физических законов, явлений и понятий, что зачастую характерно для технической литературы. В подтверждение сказанного возвратимся к исходному материалу примера 1, где говорится, что «конденсатор, поглощая ток,заряжается». Данная формулировка некорректна, так как в литературе по физике (и тем более в учебниках для учащихся) такое словосочетание не используется. Далее, в примере 3 в исходном тексте указывается, что «в теле картушки индуктируется ЭДС». Следует иметь в виду, что данное выражение также некорректно, так как индуктируется не ЭДС, а вихревое электрическое поле, которое вызывает в проводнике движение электронов проводимости по замкнутым траекториям, т.е. вихревые токи. ЭДС же есть физическая величина, количественно характеризующая поле.

Обработанный по выше рассмотренной методике профессионально направленный материал может быть использован не только в процессе изложения программных вопросов курса физики, но и для организации самостоятельной работы учащихся. Для этого подобранный и переработанный материал оформляется в виде специальных дидактических карточек, в которых, кроме текстовой, табличной или графической информации, имеются задания (вопросы или задачи) для учащихся. Задания должны быть логически связаны с информацией, приведенной на карточке. Причем содержание заданий и уровень сложности информации карточек можно дифференцировать (для сильных учащихся, для использования на факультативных или кружковых занятиях и т.д.).

Для дидактической карточки, составленной на основе приводившегося нами примера 1, задание может иметь следующее содержание:

1. Водитель автомобиля обнаружил, что вышел из строя конденсатор, подключенный параллельно контактам прерывателя. Как ему следует поступить, если в запасе у него оказалось несколько конденсаторов емкостью 0,1 мкФ каждый?

2. Как повлияет на работу системы зажигания значительное уменьшение (увеличение) емкости конденсатора прерывателя от заданной величины? По возможности проверьте свои выводы во время практических занятий на работающем двигателе.

Для составления комплектов подобных дидактических карточек-заданий преподавателю можно рекомендовать следующую литературу (ПТУ сельскохозяйственного профиля).

1. Галузо И.В. Физика в среднем сельском ТГТУ: Метод, пособие для сред. сел. ПТУ. – Мн.: Выш. школа, 1984. – 101 с.

2. Галузо И.В., Кузнецов Л.П. Физика в сельском хозяйстве: Учеб. пособие для ПТУ. – Мн.: Ураджай, 1996. – 302 с.

3. Кочуров Ф.И. Сборник задач и упражнений по физике для средних сельских профтехучилищ: Учеб. пособие. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1980. – 168 с.

4. Олифиренко Т.И. Задачи по физике с сельскохозяйственным содержанием: Метод, рекомендации. – М.: Высш. школа, 1979. -24 с.

5. Усова А.В., Антропова Н.С. Связь преподавания физики в школе с сельскохозяйственным производством. – М.: Просвещение, 1976. – 191 с.

Рассмотренные в статье подходы к дидактической обработке профессионально направленного материала на примере сельскохозяйственного производства могут быть использованы в ПТУ других профилей, а также в школьной практике для организации профориентационной работы на уроках физики.