Государственное бюджетное профессиональное образовательное
учреждение Самарской области
«Борский государственный техникум»
Доклад
Тема: «Взаимосвязь электротехники с физикой при решении задач как метод активизации познавательной деятельности обучающихся техникума»
Подготовила:
преподаватель физики
Борское, 2015.
Одним из основных условий повышения уровня подготовки высоко квалифицированных рабочих в системе профтехобразования является органическое единство общеобразовательного и профессионального циклов обучения. Важной составной частью этого единства являются межпредметные связи. В данной работе я рассмотрю межпредметные связи электротехники и физики.
Физика играет особую роль по сравнению с другими общеобразовательными предметами при изучении курса электротехники. Во- первых, вопросы электричества, изучаемые в курсе физики, являются базой для электротехники как прикладной науки. Поэтому основные физические явления и закономерности при изучении электротехники приобретают конкретный, прикладной характер, проявляясь в реальных цепях и устройствах. С другой стороны, многообразие явлений в конкретных электротехнических устройствах обобщается при изучении физики до уровня общих законов. Во - вторых, как вопросы по электричеству в курсе физики, так и электротехнике содержат одни и те же понятия и термины. Это обусловлено тем, что названные предметы изучают одни и те же объекты, но с различных точек зрения – общей и конкретной. В - третьих, большую роль при изучении курса электротехники играют помимо материала по электричеству также и другие разделы физики, так как в большинстве электротехнических устройств проявляются законы механики, теплоты, оптики и т. д.
Анализируя роль физики при изучении электротехники, можно сделать вывод, что осуществление взаимосвязи между указанными предметами позволяет обучающимся приобрести прочные знания свойств и характеристик электрических цепей, приборов в сочетании с пониманием общности физических явлений и процессов, происходящих в них.
Исходя из приведенных особенностей взаимосвязи электротехники и физики, можно выделить соответственно три вида межпредметных связей:
– связь разделов электротехники с разделами физики, имеющих идентичную тематику (постоянный ток, переменный ток, электромагнитная индукция и др);
– связь электротехники с разделами физики с использованием одних и тех же понятий и терминов (плотность тока, напряжение, магнитная индукция, э. д.с и др);
– связь электротехники с разделами физики, не относящимся к основам электричества (механика, теплота, оптика и др).
Первый вид связи характерен тем, что его реализация способствует закреплению обучающимися материала по электротехнике при понимании его физической сущности.
Реализация второго вида связи позволяет закрепить знания и углубить понимание общих для физики и электротехники понятий и терминов.
Особенностью третьего вида связи является то, что при его реализации происходит повторение и закрепление знаний как по основному предмету (в данном случае электротехнике), так и по смежному (физике).
Указанные виды связи были выделены и охарактеризованы для прямой межредметной связи, т. е. связи электротехники с физикой. Не менее важна и обратная связь, т. е. связь физики с электротехникой, которая является одним из способов профессиональной направленности в преподавании этого предмета.
В приведенных методических рекомендациях рассмотрена одна из форм осуществления межпредметных связей – учебные задачи. Применение именно этой формы связи обусловлено достаточно сложным характером взаимосвязи электротехники с физикой, и в форме задач с межпредметным содержанием эта связь раскрывается наиболее наглядно и разносторонне.
В рекомендациях даны три типа задач с межпредметным содержанием, каждый из которых соответствует указанным видам связи электротехники с физикой и учитывает их характер;
– задачи, реализующие межпредметные связи при анализе результата их решения;
– задачи, требующие переформулировки для реализации межпредметных связей;
– задачи, реализующие межпредметные связи электротехники с разделами физики, кроме вопросов электричества, в процессе их решения.
К каждому типу задач прилагаются методические рекомендации по их решению и применению, как на уроках электротехники, так и физики. К каждой задаче имеются методические пояснения, а в необходимых случаях дан анализ результата их решения.
Методические рекомендации к задачам, реализующим межпредметные связи при анализе результата их решения.
Задачи этого типа могут применяться на уроках электротехники и физики в одной и той же формулировке, поскольку для их решения необходимы знания разделов, которые изучаются на уроках по обоим предметам. Межпредметные связи в данном случае реализуются при анализе результата решения задачи, причем на уроках электротехники акцент делается на практический характер полученного результата, т. е. на принцип построения конструкции, область применения и т. д. На уроках физики выделяются основные физические явления и законы, которые и определяют полученный результат. Большинство задач первого типа являются задачами с качественными параметрами, поскольку при анализе их решения наиболее наглядно проявляется связь электротехники с физикой. Дублирование в данном типе задач устраняется, поскольку при анализе результата их решения явление (объект) рассматривается в различных аспектах. Целью применения этих задач является закрепление обучающимися материала по электротехнике при понимании его физической сущности.
В зависимости от сложности задачи, а также от уровня подготовки обучающихся преподаватель может либо сам проводить анализ результата решения, либо предложить провести его обучающимся. При этом не следует требовать от обучающихся полного анализа результата решения, который дан в работе к каждой задаче, поскольку преподаватель может дополнить обучающегося, выделив и полнее раскрыв содержание основного предмета.
Задача №1. Между двумя заряженными обкладками конденсатора существует электрическое поле, которое исчезло, когда обкладки соединили проволокой. Указать, в какой вид энергии преобразовалась энергия электрического поля.
При анализе решения задачи на уроках физики преподаватель поясняет, каким образом в данном реальном случае проявляется действие закона сохранения энергии. Кроме того, из решения задачи видно, каким образом происходит преобразование энергии в электрических цепях. Для наглядности преподавателю рекомендуется потребовать от обучающихся составить механический аналог указанного энергетического преобразования.
На уроках электротехники преподаватель поясняет, что электрическое поле конденсатора исчезает не мгновенно, а в течении некоторого времени, которое зависит как от величины емкости конденсатора, так и от сопротивления проволоки. Кроме того, в анализе решения отмечается, что энергия электрического тока в проводниках всегда преобразуется в тепловую энергию. Причем это используется в самых различных электротехнических элементах и приборах.
Задача №2. Объяснить, почему лампа накаливания, включенная в промышленную сеть переменного тока, горит ровным светом, не мигая.
При решении задачи обучающиеся, учитывая, что в промышленной сети переменного напряжения частота составляет 50 Гц, должны сделать вывод, что при такой частоте глаз человека не воспринимает отдельных периодов колебания тока и яркости лампы. Кроме того, нить лампы за период колебания тока не успевает остыть до первоначальной температуры, т. е. амплитуды колебания яркости невелики.
Преподаватель физики может указать на разную периодичность изменения электрической энергии переменного тока, преобразованной в тепловую и световую энергии, и, изменение указанных видов энергии.
На уроках электротехники эта задача может использоваться в качестве иллюстрации для понятия действующего значения переменного тока.
Задача №3. Объяснить, почему сердечник трансформатора набирают из стальных изолированных пластин.
При решении обучающиеся указывают, что для уменьшения потерь на вихревые токи сердечник трансформатора изготавливают не цельным, а набирают из отдельных стальных пластин. Эти пластины изготавливаются из холоднокатаной стали и вырубаются вдоль направления прокатки, так как у этой стали зерна ориентируются по направлению прокатки, и, следовательно, в этом направлении магнитная проницаемость выше.
На уроках физики преподавателю рекомендуется указать на конкретное проявление явления самоиндукции, в результате которого возникают вихревые токи, и пояснить обучающимся их характер.
Преподаватель электротехники поясняет основной технологический способ уменьшения потерь на вихревые токи, а также может указать на технологию изготовления пластин, на которых собирается сердечник, чтобы обеспечить максимальный магнитный поток.
Задача №4. Два генератора постоянного тока соединили последовательно и привели во вращение ротор одного из них. Объяснить, будет ли вращаться ротор второго генератора.
Обучающимся нетрудно убедиться, что ротор второго генератора будет вращаться, так как его приводит в действие возникающий при вращении первого генератора индуктивный ток.
Анализируя решение задачи, преподаватель физики указывает на обратимость двигателей и генераторов постоянного тока.
На уроках электротехники преподаватель объясняет принципиальную возможность в дистанционной передаче вращательного движения, используя указанную в условии схему.
Задача №5. Как влияет освещенность на величину напряжения тлеющего разряда в газонаполненном фотоэлементе?
Обучающимся известно, что тлеющий разряд определяется начальной ионизацией, а величина освещенности играет такую же роль в создании заряженных частиц в газовой среде, как и другие физические факторы. Поэтому обучающиеся могут сделать вывод, что при увеличении освещенности для получения тлеющего разряда необходимо менее сильное внешнее электрическое поле, т. е. напряжение тлеющего разряда уменьшается.
Преподаватель физики указывает при анализе решения на влияние световой энергии на ионизацию газа.
На уроках электротехники поясняются принципы применения фотоэлементов с внутренним фотоэффектом.
Методические рекомендации к задачам, требующим переформулировки для реализации межпредметных связей.
Задачи второго типа характерны тем, что в них используются общие для электротехники и физики понятия и термины. Поэтому для усиления удельного веса основного и смежного предметов необходимо в условии задачи соответствующим образом задавать исходные и искомые данные. На уроках электротехники в качестве исходных данных задаются величины, как правило, не относящиеся к конструктивным или технологическим параметрам (например, индукция, энергия, магнитный поток, напряженность поля и т. д.), а требуется найти параметры, имеющие практический смысл (например, сечение и длину провода, число витков и т. д.). На уроках физики используется такая формулировка задач, когда в условии в качестве исходных величин задаются параметры, имеющие практический смысл, а требуется найти носящие абстрактный характер физические величины. Очевидно, что задачи в первой формулировке представляют собой задачи по электротехнике с использованием знаний по физике, а во второй – задачи по физике с профессиональным (в данном случае электротехническим) содержанием. Такое разделение носит в известной степени формальный характер, но оно обосновано с точки зрения межпредметных связей повышением эффективности применения этих задач. Для каждой задачи второго типа предлагаются две формулировки с указаниями к решению как на уроках электротехники, так и физики. Большинство задач этого типа являются задачами с количественными параметрами, так как в такой форме наиболее наглядно проявляется второй вид связи электротехники с физикой. Целью применения задач этого типа является закрепление знаний и углубление понимания общих для физики и электротехники понятий и терминов.
Задача №1 Выбрать материал провода диаметром 1 мм, чтобы при длине 500 м его сопротивление не превышало 20 Ом.
Данная задача часто возникает при выборе материалов соединительных или монтажных проводов.
Величину сопротивления металлического провода (резистора) обучающиеся определяют по формуле:
R = p*l/S
Отсюда они находят удельное сопротивление материала:
Из полученного результата и по справочным данным обучающиеся делают вывод, что в качестве искомого материала провода могут использоваться медь или алюминий.
На уроках физики задача может быть дана в следующей формулировке: Определить сопротивление алюминиевого и медного проводов диаметром 1 мм и длиной 500 м.
Используя формулу R = p*l/S, а также находя по справочнику значения для удельного сопротивления меди и алюминия, обучающиеся находят сопротивления меди и алюминия.
Из решения задачи обучающиеся должны сделать вывод, что при одинаковых размерах проводов сопротивление меди несколько меньше сопротивления алюминия. Преподаватель при этом должен отметить, что в качестве соединительных проводов чаще используют алюминий, который в три раза легче меди.
Задача №2 Для изготовления цилиндрического конденсатора используются полоски фольги и полиэтиленовой пленки одинаковой ширины 20 мм. Какой длины необходимо взять пленку и фольгу, чтобы получить емкость конденсатора 2 пф? Толщина пленки составляет 0,1 мм.
Для решения этой задачи обучающиеся должны воспользоваться известной им зависимостью для определения емкости конденсатора:
С=E*E0S/ d
В данном случае расстояние между пластинами равно толщине полиэтиленовой пленки. Площадь обкладки равна: S=d l,
Где: d – ширина пленки и фольги, взятой в качестве обкладок;
l искомая длина полосок фольги и полиэтиленовой пленки.
Находя по справочным данным значение диэлектрической проницаемости полиэтилена, и подставляя исходные данные, обучающиеся определяют длину фольги.
На уроках физики эта задача может быть дана в следующей формулировке: Цилиндрический конденсатор изготовлен из полосок фольги, взятой в качестве обкладок, и полиэтиленовой пленки в качестве диэлектрика. Ширина и длина полосок фольги и пленки одинаковая и составляет соответственно 20 мм и 0,48 м. Определить максимальную энергию, которой может обладать конденсатор, если толщина пленки 0,1 мм, а ее пробивное напряжение составляет 600 В.
При решении задачи обучающимся необходимо использовать известную формулу для нахождения энергии конденсатора.
W=CU/2
Емкость конденсатора обучающиеся вычисляют по формуле:
С = 2 пф
Следовательно, максимальная энергия не может превышать величины:
W< 36 мДж
Методические рекомендации к задачам, реализующим межпредметные связи электротехники с разделами физики, кроме вопросов электричества, в процессе их решения.
Особенностью задач третьего типа является то, что для их решения помимо электротехнических знаний требуется применение знаний по таким разделам физики, как механика, теплота, оптика и др. В работе приведена одна формулировка этих задач, предполагающая их применение на уроках электротехники. Использование же их на уроках физики в общем случае неоправданно, поскольку применение более частных электротехнических закономерностей при изучении общих законов механики, теплоты, оптики методически нецелесообразно. Следует отметить, что эти задачи являются более трудными для обучающихся. Целью применения задач этого типа является закрепление и повторение знаний как по электротехнике так и по физике.
Задача№1 С каким ускорением начнет вращаться при холостом ходе ротор асинхронного двигателя, который представляет собой полый цилиндр радиусом R=0,3 м и массой 5 кг, если развиваемый им пусковой момент равен 50 нм.
Эта задача требует от обучающихся знания основных уравнений вращательного движения.
Задача№2. Какое число оборотов в минуту можно допустить для ротора турбогенератора, если допустимая окружная скорость составляет 60 м/с, а диметр ротора 1,2 м.
При решении задачи используется обучающимися известное из курса физики соотношение между окружной скоростью вращения и угловой.
Задача№3. В силовом трансформаторе, в котором в виде тепла выделяется 3 кВт мощности, используется водяное охлаждение, причем температура воды, подаваемой для охлаждения, составляет 293К. Определить, какое количество воды необходимо, чтобы ее температура после охлаждения не превышала 303 К. На нагрев воды уходит 40% от всей мощности, выделяемой трансформатором в виде тепла.
Преподавателю необходимо пояснить обучающимся, что в данном случае необходимо найти расход воды, т. е. количество воды, проходящее через систему охлаждения в течении 1 с.
Для решения задачи необходимо использовать уравнение:
Q=Cm (T-t) учитывая, что удельная теплоемкость воды в системе СИ равна 4190 Дж/кг К.
Количество теплоты, выделяемое в трансформаторе, равно 3000Дж/с.
Выразив из формулы Q=Cm (T-t) массу и подставив все данные получаем, что расход воды составляет 0,28 кг в секунду.
Список использованной литературы
1. Айдагулов задач на различных этапах урока.//Физика в школе– 1980. - № 6. – с. 40.
2. О соответствии методов обучения физике содержанию
учебного материала.//Физика в школе – 1983. - № 5. – с.55.
3. Булатова у обучающихся интерес к знаниям и учению.//Физика в школе – 1987. - № 2 – с. 82-83.
5. Зверева оптимальной методики проведения урока.//Физика в школе – 1981. - № 6. – с.37.
6. Иванова познавательной деятельности обучающихся при изучении физики: Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1983. – с.160
7. Ланина познавательных интересов обучающихся на уроках физики. – М.: Просвещение, 1985. – с.128.
8., Шнейберг по истории электротехники.-
М.: Издательство МЭИ.1993.
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Самарской области «Борский государственный техникум» 446660 Самарская область село Борское E-mail: *****@***ru |
Выписка из протокола № 5
методической комиссии от «21» декабря 2015г.
ПОВЕСТКА ДНЯ:
1. Доклад: Взаимосвязь электротехники с физикой при решении задач как метод активизации познавательной деятельности обучающихся техникума.
СЛУШАЛИ:
По первому вопросу заслушали преподавателя физики ; которая в своем докладе «Взаимосвязь электротехники с физикой при решении задач как метод активизации познавательной деятельности обучающихся техникума» сконцентрировала внимание преподавателей на то, что важной составной частью единства общеобразовательного и профессионального циклов обучения в техникуме являются межпредметные связи. Вопросы электричества, изучаемые в курсе физики, являются базой для электротехники как прикладной науки.
ПОСТАНОВИЛИ:
Информацию принять к сведению. Преподавателю продолжить работу над внедрением этого метода в педагогическую практику.
Председатель МК: ______________
Подпись председателя МК заверяю.
Директор ГБПОУ СО «Борский государственный техникум» ____________________ //
