Современный процесс обучения должен обеспечивать как образовательную, так и политехническую подготовку учащихся, формировать у них материалистическое мировоззрение.
Подготовка квалифицированных рабочих была и остается главной задачей в этом направлении. Не секрет, что многие учащиеся поступившие в техникум имеют только некоторые представления о своей будущей профессии. Перед преподавателями возникает серьезная проблема повышения интереса учащихся к избранной ими специальности.
Особое место в воспитании интереса к избранной профессии принадлежит физике, т.к. она является научной базой для изучения общетехнических и специальных дисциплин. Поэтому для более успешного решения названной проблемы необходимо использовать качественные задачи по физике с учетом профессиональной направленности преподавания.
Качественными называют задачи при решении которых устанавливают только качественную зависимость между физическими величинами, т. е. учащиеся пользуются изученными физическими закономерностями и применяют их к анализу явлений о которых идет речь в задаче без всяких вычислений. Этим качественные задачи выгодно отличаются от несложных расчетных, которые в некоторых случаях могут быть решены без такого анализа – простой подстановкой данных в формулу, подбираемой по чисто формальным признакам.
Таким образом, качественные задачи способствуют более глубокому усвоению содержания курса физики, позволяют контролировать знания, умения и навыки учащихся. Они являются хорошим средством для более прочного закрепления изученного ребятами теоретического материала и показа практического его применения.
Для составления качественных задач надо использовать многочисленные источники – это учебники и учебные пособия по физике, оригинальные работы ученых, монографии по истории физики и техники, физические, методические и научно-популярные журналы и сборники, газеты, материалы полученные в беседах с учащимися (вопросы учащихся), личные наблюдения природы быта и техники.
Теперь, решение качественных задач может осуществляться также различными методами – это графическим, экспериментальным или методом построения логических рассуждений .
При решении любой качественной задачи надо придерживаться следующей схемы:
- Внимательно прочесть задачу.
- Изучить условие задачи.
- Составить план решения, если необходимо сделать рисунок.
- Наконец, проанализировать полученный результат с точки зрения возможности его использования в профессиональной ситуации.
Рассмотрим решение качественных задач с профессиональным содержанием.
Вопрос для водителей: “Почему при больших скоростях автомобиль иногда “заносит” на поворотах?”
Из условия задачи учащиеся узнают, что траектория движения автомобиля на повороте – это дуга, которая является частью окружности. Учащиеся знают, что для движения тела по окружности необходимо действие на него силы, направленной по радиусу к центру окружности. Эта сила и сообщает телу центростремительное ускорение. Величину силы можно найти по второму закону Ньютона:
F = ma = mv2/R
Затем выясняем с учащимися какие же это силы действуют на тело.
Ответ: Сила трения, сила тяжести, сила упругости, а также их равнодействующая. Далее учащимся задается вопрос: “Какая же сила в данной задаче выполняет роль центростремительной силы?”
Ответ: Такой силой является сила трения покоя, и если Fтр = mv2/R то она будет недостаточна для обеспечения автомобилю необходимого центростремительного ускорения, а следовательно, может произойти “занос” автомобиля.
После ответа на основной вопрос задачи учащимся задается дополнительный вопрос: “Какие меры безопасности позволяют водителю предотвратить “занос” автомобиля при повороте?”
Учащимся предлагается проанализировать формулу: F = mv2/R из которой видно, что для конкретного автомобиля и определенного радиуса поворота, масса автомобиля и радиус окружности есть величины постоянные, а вот скорость– это величина изменяющаяся. Таким образом, учащиеся приходят к выводу о необходимости снижения скорости перед поворотом.
Внимание учащихся акцентируется на том, что это надо учитывать водителям, которые управляют автомобилями, груженными песком, грунтом, щебнем и т. д. При повороте такие грузы могут создать дополнительный опрокидывающий момент– в результате автомобиль может перевернуться. Это может произойти и при движении по прямой, если водитель начнет резко маневрировать на дороге.
Поэтому на дорогах, во избежание несчастных случаев ставится специальный знак,
предупреждающий водителя о приближении к крутому повороту и необходимости снижения скорости.
Рассмотрим второй пример: (для техников-механиков)
Вопрос: “На каких свойствах жидкостей основана работа масляных амортизаторов?”
Зная основные свойства жидкостей (текучесть, несжимаемость), учащиеся могут заметить, что эти свойства используются в работе амортизатора. После выяснения основных свойств жидкости, проявляющихся при работе амортизатора, учащимся задается несколько дополнительных вопросов:
- “Для чего применяется амортизатор в автомобиле?”
- “За счет чего происходит гашение колебаний в амортизаторе?”
- “Что может произойти с движущимся автомобилем при выходе из строя амортизатора?”
Ответы учащихся:
- При движении автомобиля по неровной дороге происходят колебания кузова и колес автомобиля. Для уменьшения возникающих колебаний и служит амортизатор, в котором происходит превращение механической энергии колебаний во внутреннюю энергию жидкости.
- Гашение колебаний в амортизаторе происходит за счет внутреннего трения, возникающего в жидкости при ее перетекании из одной полости амортизатора в другую.
- При выходе амортизатора из строя нарушается контакт колеса с дорогой, что может привести к боковому заносу автомобиля и увеличению длины тормозного пути. Если же выдут из строя оба амортизатора передней оси, то автомобиль в значительной степени теряет управляемость.
В данном случае можно не рассматривать устройство амортизатора и уход за ним, так как это будет выяснено при изучении специальных дисциплин.
Рассмотрим третий пример.
Вопрос: “Зачем необходим прерыватель в первичной цепи катушки зажигания автомобиля?”
Для решения этой задачи с учащимися разбираются следующие вопросы:
- Какой ток используется в электрической цепи автомобиля?
- Может ли трансформироваться постоянный ток?
Большинство учащихся знает, что в автомобиле используется постоянный ток (от аккумуляторной батареи), а вот на второй вопрос ответ вызывает затруднения.
Здесь отмечается на преимущество переменного тока перед постоянным. Напряжение переменного тока можно изменить с помощью трансформатора, работа которого основана на явлении электромагнитной индукции. Учащимся уже известно, что при помощи индукционной катушки получают переменный ток высокого напряжения за счет энергии постоянного тока, но для этого нужно создать переменное магнитное поле.
Для создания переменного магнитного поля необходимо получить в первичной цепи катушки зажигания изменяющийся ток. Учащиеся предполагают, что эту роль может выполнять автоматическое устройство для размыкания и замыкания первичной цепи катушки зажигания. Вместе с учащимися делается вывод, что таким устройством в автомобиле является прерыватель.
В заключении учащимся показывается на плакате простейшая система зажигания автомобиля и рассматривается принцип ее работы. Одновременно можно разобрать следующий вопрос: “С какой целью параллельно контактам прерывателя подключается конденсатор”?
Схема:
1 – Выключатель. 2 – Аккумуляторная батарея. 3, 4 – Первичная и вторичная обмотки катушки зажигания. 5 – Кулачок. 6 – Контакты прерывателя. 7 – Конденсатор. 8 – Свеча зажигания искровая.
Ответ: “В первый момент размыкания контактов прерывателя конденсатор заряжается, что предохраняет контакты прерывателя от разрушения. Разрядка конденсатора после разрывания цепи способствует быстрому исчезновению магнитного поля, что приводит к увеличению ЭДС вторичной обмотки”.
Вопрос учащимся: “А каков основной недостаток контактной системы зажигания и как его устранить”.
Ответ: Для получения высокого напряжения во вторичной обмотке зажигания необходимо создать сильное магнитное поле за счет большого тока, протекающего в первичной обмотке. Но контакты могут выдержать лишь ограниченный ток– это и является основным недостатком системы. Для устранения последнего можно применить транзистор, т. к. он способен выдержать большой ток. Роль транзистора– включение и выключение первичной цепи. (Смотри схему.)
1 – Прерыватель, 2 – транзистор, 3 – катушка зажигания, 4 – свеча зажигания, 5 – ключ зажигания.
В своей работе я применяю качественные задачи и в письменных контрольных работах, когда две задачи даются количественные на расчет неизвестной величины, а третья – качественная.
При проведении устных зачетов по какой-либо теме используются также в основном качественные задачи.
В ходе проведения экспериментальных и лабораторных работ учащиеся сами ищут ответ и решают качественные задачи.
Пример: Тема: “Изучение законов электролиза.”
После того как ребята проведут эксперимент, они должны ответить дополнительно на ряд вопросов.
- Могут ли при диссоциации образоваться ионы одного какого-нибудь знака?
Почему?
Ответ учащихся: Нет, потому что диссоциирующая молекула состоит из ионов разных знаков. - Почему нельзя прикасаться к неизолированным электрическим проводам, а
также к токонесущим частям приборов.
Ответ: На руках человека всегда присутствует влага, которая содержит ионы проводящие электрический ток. - Чем закончится процесс электролиза раствора медного купороса, если взяты
угольные и медные электроды.
Ответ: При угольных электродах процесс будет продолжаться до тех пор пока из раствора сначала не уйдут все ионы меди, а затем ионы водорода и кислорода, останется концентрированная серная кислота, а при медных электродах – до тех пор, пока не растворится анод.
Итак, можно подвести некоторый итог. Качественные задачи можно разделить на несколько типов:
- Задачи – вопросы, обычно начинающиеся со слова “Почему”. (См. выше.)
- Задачи, начинающиеся с описания опыта (установки), в конце текста которых предлагается дать объяснение описанному. Например: “Работа трансформатора”.
- Задачи, ставящие вопрос “Что произойдет, если бы…”
Например: Что произошло бы, если б исчезло вокруг притяжение Земли? - Задачи, относящиеся к экспериментальным, в которых требуется сообразить,
как нужно действовать (какие произвести опыты), чтобы достигнуть намеченной
цели.
Например: “В цилиндре с поршнем сжимается газ. Как следует проводить опыт для получения изотермического сжатия”.
Ответ: Надо опыт проводить медленно, чтобы происходил теплообмен с окружающей средой и температура не успевала бы измениться. - Задачи, в которых предлагается разобрать физический парадокс или софизм.
- Задачи– шутки, посвященные критике ложных предрассудков.
Например: “Что больше 10В или 5А?”
“Если во время дождя в лужах образуются пузыри, то дождь окончится не скоро” и т. д. - Задачи, в которых предлагается составить схему, рисунок или чертеж.
- Задачи, представленные в форме диалога преподавателя с учащимся или
учащихся между собой.
Например: Учащийся задает вопрос “Объясните мне, пожалуйста, такое явление…”
Подводя итог всему сказанному, следует отметить, что одного знания методики решения качественных задач недостаточно, нужно их постоянно использовать, упражнять учащихся в решении этих задач, использовать их на каждом уроке любого типа, они должны стать органической частью урока. И если это всем удается, то в результате ребята получат тот потенциал, который им поможет в жизни, в профессиональной деятельности и за который они всем будут благодарны.