Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе




НазваниеИспользование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе
Дата публикации17.10.2016
Размер9,76 Kb.
ТипДокументы
Б.М. Штейн (кафедра физики и оптики)

Использование качественных прикладных задач

при изучении физики в вузе.
При изучении физики широко используются различные методики и педагогические технологии с учетом содержания учебного курса и индивидуальных особенностей учащихся в рамках концепции личностно-ориентированного обучения.

Одним из инновационных нетрадиционных подходов является использования широкого спектра качественных практических задач по физике.

Качественный характер предлагаемых студентам задач предполагает, что для их решения не требуется проведения сложных расчетов, но требуется четкое понимание основных физических закономерностей. Прикладной, характер предлагаемых задач предполагает использование не безликих идеализированных предметов, таких как брусок, гладкая поверхность, материальная точка, абсолютно твердое тело, невесомая и нерастяжимая нить и т.п., а реально существующих в природе, быту и технике объектов, таких как автомобиль, холодильник, пушка, кинокамера, зажигалка, часы, парашютист, каратист, фигурист, гроза, организм и т.д. Решение подобных задач не должно сводится к «угадыванию» ответа, а должно сопровождаться подробным обоснованием результата на основе физических законов и теорий. Регулярное использование такого типа задач дает возможность не подменять, а дополнять традиционные методики представления материала и проверки знаний, тем более, что в связи с отсутствием сложных расчетов решение подобных задач не требует слишком больших затрат времени.

Рассмотрим, например, качественную и сугубо прикладную задачу о маятниковых часах, которые «убегают». Как отрегулировать их ход?

Для начала выделим существенные факторы, влияющие на ход часов. Ход часов определяется периодом колебаний математического или физического маятника. Анкерный механизм часов устроен таким образом, что остальные факторы (движение стрелок и шестеренок, сила упругости пружины и т.д.) не оказывают существенного влияния на скорость хода.

Данная физическая модель описывается следующими формулами:

(для математического маятника).

Отсюда следует, что для того, чтоб часы не «убегали», необходимо увеличить период колебаний и, следовательно, увеличить длину подвеса.

Можно рассмотреть эту задачу и с другой стороны при изучении вращательного движения. Ускорение маятника определяется его моментом инерции и действующим на него моментом силы тяжести.



При уменьшении длины меняются обе эти величины. Но момент силы пропорционален первой степени радиуса, а момент инерции пропорционален квадрату радиуса, следовательно, момент инерции меняется «быстрее». Таким образом, увеличение радиуса приведет к замедлению хода часов.

Для физического маятника формулы приобретают более сложный вид, но зависимости остаются прежними, поэтому если маятник представляет собой стержень с грузом, то для замедления хода все равно груз необходимо спустить ниже.

Прикладные задачи, допускающие качественное решение, существуют и во всех разделах физики. Рассмотрим задачу на постоянный ток.

Две электрические лампы, рассчитанные на одинаковое напряжение, имеют разную номинальную мощность. В какой из ламп выделится большее количество теплоты при последовательном их включении в сеть с напряжением, на которое рассчитана каждая лампа?

Разумеется, такая задача может быть решена строго через закон Ома или правила Кирхгофа, но ее можно решить и на качественном уровне.

Количество теплоты, выделившееся в лампе при прохождении тока, пропорционально потребляемой мощности. При последовательном сопротивлении через лампы проходит одинаковый ток, следовательно, потребляемая мощность пропорциональна сопротивлениям ламп в соответствии с формулой P=I2R. Так как лампы рассчитаны на одинаковое напряжение, то сопротивление меньше у той, которая рассчитана на большую мощность. что следует из формулы P=U2/R. Следовательно, эта лампа при последовательном соединении с другой будет потреблять меньше энергии, и в ней выделится меньшее количество теплоты.
При использовании данной инновационной методики в ходе педагогической деятельности решается сразу несколько чрезвычайно важных и актуальных, особенно для технического вуза, педагогических задач.

Во-первых, решение качественных прикладных задач формирует у студентов научную методологию при изучении конкретных объектов реального мира. Если студент решает только задачи с идеализированными объектами, то у него может сформироваться представление о физике как о науке, ограниченной учебником. Между тем такое понимание физики в корне не верно. Физика – это не наука о том, как решать задачи и не наука о том, как рассчитывать технические устройства, а наука о природе. «Физика не опытное исследование природы, а исследование ради опыта». Э.Кант. И о том, как устроена машина, и о том, почему идет дождь, и как применить физику в кулинарии. Научная методология при изучении конкретных объектов реального мира, как объективная, является важным и актуальным в наше время информационных технологий и как следствие широкого распространения не только объективной, но и субъективной информации, требующей трезвой и объективной оценки.

В-вторых, будущий инженер будет иметь дело не с идеализированными объектами, а с реальными устройствами. Поэтому при подготовке инженера необходимо вырабатывать владение различными уровнями абстрагирования, умение видеть за деревьями лес и за лесом деревья, умение выделять существенные факторы, оказывающие влияние на сложную техническую систему, и отбрасывать несущественные факторы, влиянием которых можно пренебречь, а так же умение выделять из реального объекта сначала физическую суть, сопровождая ее адекватным математическим аппаратом, решать её, и применять полученные результаты к проектируемым техническим системам. Эти навыки тесно связаны с понятием «компетенции». Решение качественных прикладных задач вырабатывает такие умения и переводит студента с уровня формального знания физики на уровень её понимания и применения.

В-третьих, использование качественных прикладных задач повышает познавательный интерес студентов к изучаемому предмету путем актуализации получаемых знаний и совмещении интересов студента с изучаемым предметом в мотивационно-потребностной сфере деятельности учащегося. Например, студенту гораздо интереснее решать задачу про парашютиста или корабль, чем просто про тело, движущееся в вязкой среде, а задача про бильярд неизменно вызывает гораздо больший интерес, чем задача о столкновении двух тел, тем более, что студенты имеют возможность проверить и применить полученные знания на практике.

В-четвертых, благодаря ассоциативному мышлению использование в учебном процессе актуальных для студента прикладных задач, приводит к тому, что эти задачи являются для него эмоционально окрашенными и запоминаются намного лучше. При этом по ассоциации запоминаются намного лучше не только сами задачи, но и те физические модели и закономерности, которые необходимы для их решения.

Кроме того, опытный преподаватель может умело использовать качественные задачи по физике как методические приемы регулирования внимания аудитории, для «разрядки», снятие напряжения и усталости после длительного изложения материала под запись или после решения задач с длительными и сложными математическими вычислениями. После такого переключения восприятие материала студентами значительно улучшается. Разумеется, преподаватель должен четко понимать, с какой аудиторией имеет дело, и выдерживать разумную грань, чтобы такие задачи не привели к срыву рабочего настроя студентов.
Таким образом, использование качественных прикладных задач может значительно повысить качество учебного процесса, улучшить восприятия физики и сформировать навыки, необходимые будущему инженеру.
Использованная литература
1. Я.И. Перельман. Занимательная механика. Знаете ли вы физику?. М.: ООО «Фирма «Издательство АСТ», 1999

2. В.Н. Ланге. Физические парадоксы и софизмы. Пособие для учащихся. М.: «Просвещение», 1978

3. М. Е. Тульчинский. Качественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей. М.: «Просвещение», 1972
Опубликовано в сборнике:

Материалы I городской конференции

«Инновационные образовательные технологии»

(СПбГУКиТ, 19-20 марта 2009г.) – СПб.: изд.СПбГУКиТ, 2010. – 179с.

Похожие:

Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе iconУрока по алгебре и началу анализа в 10 (профильном) классе Тема:...
Отработать навыки применения метода дифференциального исчисления для решения классов прикладных задач
Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе iconИсследование свойств линейных систем уравнений
Разработка методов дифференциальных уравнений для решения задач математической физики и других прикладных наук
Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе iconРабочая программа по физике Уровень: общеобразовательный (базовый)
Подчеркнем, что ознакомление школьников с методами научного познания предполагается проводить при изучении всех разделов курса физики,...
Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе iconРабочая программа по физике для 9 класса Составитель: Филева С. Г
Подчеркнем, что ознакомление школьников с методами научного познания предполагается проводить при изучении всех разделов курса физики,...
Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе iconРабочая программа учебного курса, предмета, дисциплины (модуля) по физике для 8 класса
Подчеркнем, что ознакомление школьников с методами научного познания предполагается проводить при изучении всех разделов курса физики,...
Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе iconРабочая программа по физике 10 класса составлена на основе авторской...
Подчеркнем, что ознакомление школьников с методами научного познания предполагается проводить при изучении всех разделов курса физики,...
Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе iconПояснительная записка Физика как наука о наиболее общих законах природы,...
Подчеркнем, что ознакомление школьников с методами научного познания предполагается проводить при изучении всех разделов курса физики,...
Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе iconПрограммист Содержание деятельности
Работа програм­миста может заключаться не только в проектировании, создании и отладке программных продуктов, но и в контроле и коррекции...
Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе iconРабочая программа факультативного курса «Решение расчётных задач по химии»
В этом отношении решение задач является необходимым компонентом при изучении химии
Использование качественных прикладных задач при изучении физики в вузе iconШкатулка качественных задач по физике
Бросая в воду камешки, смотри на круги, ими образуемые, иначе такое бросание будет пустою забавою
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
dopoln.ru
Главная страница