Технические задачи на уроках физики

Автор: Леонтьева Наталья Власьевна

Организация: МБОУ «Лицей №41»

Населенный пункт: Костромская область, г. Кострома

Принятая Президентская Программа повышения квалификации инженерных кадров определила главную стратегическую цель – повышение качества кадрового потенциала специалистов инженерно-технического профиля и задачи по ее реализации, которые включают, в том числе, интеграцию деятельности в данном направлении образовательных учреждений, предприятий и организаций реального сектора экономики.

Воспитание перспективных инженерных кадров – одна из задач школы. Поэтому современная школа должна ориентировать подростков на приобретение навыков технического творчества, поддерживать интерес к техническим исследованиям, развивать имеющиеся способности творческой технической одаренности. В связи с этим возрастает роль задач с техническим содержанием в процессе изучения физики. Основной целью таких задач является удовлетворение индивидуальных потребностей каждого ребенка, оказание помощи в самореализации.

В общем понимании, задача — проблемная ситуация с явно заданной целью, которую необходимо достичь.

В трактовке Л. М. Фридмана любая задача состоит из одних и тех же частей:

1) предметная область — класс фиксированных обозначенных объектов, о которых идет речь;

2) отношения, которые связывают эти объекты;

3) требование задачи — указание о цели решения задачи, то, что необходимо установить в ходе решения;

4) оператор задачи — совокупность тех действий, которые надо произвести над условием задачи, чтобы выполнить ее решение.

Инженерная (техническая) задача существует тогда, когда требуется перейти от одного состояния к другому, если существует более чем одно возможное решение, и если все возможные решения не очевидны. Инженерная задача имеет место, когда исходное состояние относится к действительному миру, а результирующее состояние - к возможному, будущему миру, т.е. инженер создает по словам Ст. Лема новую реальность.

Способом решения задачи называется всякая процедура, которая при ее осуществлении решателем может обеспечить решение данной задачи.

По способу выражения условия физические задачи делятся на четыре основных вида: текстовые, экспериментальные, графические и задачи-рисунки. Каждый из них, в свою очередь, разделяется на количественные (или расчетные) и качественные (или задачи вопросы). В то же время основные виды задач можно разделить по степени трудности на легкие и трудные. В особый тип выделяют задачи межпредметного содержания, отражающие связь физики с другими учебными дисциплинами. В задачах с историческим содержанием обычно используют факты из истории открытия законов физики или каких-либо изобретении. Они имеют большое познавательное воспитательное значение. Физические задачи, в условии которых не хватает данных для их решения, называют задачами с неполными данными. Недостающие данные для таких задач находят в справочниках, таблицах и в других источниках. С такими задачами учащиеся будут часто встречаться в жизни, поэтому решение в школе подобных задач очень ценно. Содержание задач должно быть понятным и интересным, кратко и четко сформулированным. Математические операции в задаче не должны преобладать над её физическим смыслом, необходимо избегать устаревших числовых данных в условиях задач. При решении задач по темам начинают с простейших, в которых внимание учащихся сосредотачивается на закономерности, изучаемой в данной теме, или на уточнении признаков нового понятия, установлении его связи с другими понятиями. Затем постепенно переходят к трудным задачам. Задачи с техническим содержанием могут быть такими же разнообразными.

Приведу примеры технических задач составленных мною:

Задачи на движение.

1. Мировой рекорд в беге на 1,5 км на открытых стадионах среди мужчин принадлежит Хишаму Эль Герружу (Марокко) и составляет 3 минуты 26,00 секунд. Рекорд был установлен 14 июля 2012 года. Рассчитайте среднюю скорость спортсмена (м/с).

2. Обычная скорость пешехода 1,5 м/с, средняя скорость улитки 5, 4 км/ч. Во сколько раз скорость улитки медленнее скорости пешехода?

3. Всемирная метеорологическая организация уточнила шкалу Бофорда (английский адмирал). Пользуясь таблицей https://meteoinfo.ru/bofort

вы по наблюдаемым действиям ветра сможете примерно оценить его скорость. Может ли Хишаму Эль Герружу «перегнать ветер»? А ты?

4. В 1886 году в Германии появились первые машины, приводимые в движение ДВС (двигателем внутреннего сгорания). Максимальная скорость автомобиля Карла Бенца составляла 16 км/ч. Mercedes-AMG GT S 2016 года проходит четверть мили за 11, 5 секунд. Во сколько раз отличаются скорости автомобилей? 1 миля примерно равна 1609,34 м.

5. Средняя скорость океанического лайнера составляет 17-19 узлов (один узел равен 1, 852 км/ч). Самым большим круизным лайнером считается «Allure of the Seas» (Очарование морей), его длина 362 м. Рассчитайте, за какое время (в с) лайнер преодолеет расстояние сравнимое с его длиной, если будет двигаться со скоростью 18 узлов?

6. MLX 01 (Япония) самый быстрый поезд на магнитной подушке. 603 км/ч, такую скорость удаётся ему развивать. Airbus A380 (один из инженерных центров расположен в Москве) – пассажирский самолёт, имеет максимальную скорость 283 м/с. Какой путь преодолеют транспортные средства за 15 мин, какое из них движется быстрее?

Задачи на выталкивающую силу.

1. Известно, что в Мёртвом море плавать на животе у вас не получится, вода упорно будет вас переворачивать на спину. Объясните наблюдаемое явление.

2. В пресной спокойной воде человек может без усилий находиться на плаву. Предположите, какова средняя плотность человеческого тела. Проверьте ваши предположения, рассчитав плотность своего тела.

Вопросы для учащихся:

1. Запишите формулу для расчёта плотности.

2. Какие физические величины входят в формулу?

3. С помощью какого прибора можно определить массу?

4. Как определить объём? (вспомните легенду об Архимеде).

5. Как определить объём вытесненной воды?

3. Крушение самого большого парохода «Титаник» произошло с 14 на 15 апреля 1912 года, в 1997 году вышел в прокат фильм Джеймса Кэмерона «Титаник». Трагическая история любви Розы и Джека не оставляет равнодушными зрителей. Роуз спаслась на обломке из гостиной первого класса «Титаника». Рассчитайте, какого минимального объёма должен быть обломок, чтобы Джек и Роза спаслись оба.

Вопросы для учащихся:

1. Предположите общий вес Розы и Джека, это и будет значение неоходимой подъёмной силы обломка.

2. Запишите условие плавания тел.

3. Какие физические величины входят в формулу расчёта силы Архимеда?

4. Предположите, из какого дерева была выполнена отделка гостиной первого класса. Проверьте свою гипотезу, сравнив с информацией в интернете.

5. Найдите и запишите значение плотности дерева.

6. Запишите формулу веса обломка в воздухе.

7. Выразите массу, через объём и плотность дерева.

8. Подставьте значения физических величин и решите уравнение.

9. Если предположить, что обломок, на котором спаслись Роза и Джек, в виде параллелепипеда два линейных размера которого 2×2 м, то каков должен быть третий размер?

4. Крушение парохода «Титаник» произошло из-за столкновения судна с айсбергом. Предположите, какая часть айсберга находилась под водой? Проверьте свою гипотезу расчётами.

Вопросы для учащихся:

1. Что значит «Какая часть»? О какой физической величине говорится в задаче?

2. Запишите условие плавания тел.

3. Назовите физические величины, входящие в формулу архимедовой силы.

4. О каком объёме говорится в законе Архимеда?

5. Запишите формулу для вычисления веса айсберга в воздухе.

6. Как рассчитать массу айсберга, через его плотность и объём?

7. Плотности каких веществ потребуются?

8. Подставьте значения в выражение, сделайте вывод.

5. ЛЕСОСПЛАВ, сплав леса, транспортирование лесоматериалов по воде с использованием плавучести древесины http://forest.geoman.ru/forest/item/f00/s01/e0001489/index.shtml

Какая часть бревна находится под водой? Значения каких физических величин необходимы для решения задачи?

6. Технические данные одного из самых больших лайнеров в мире «Oasis of the Seas». Он был спущен на воду как самое большое пассажирское судно в мире 28 октября 2009 года:

Длина - 361 м;

Ширина - 66 м;

Высота - 72 м;

Водоизмещение - 225282 тонн;

Силовая установка - восемь дизельных двигателей «Wartsila» мощностью 17500 л.с.каждый;

Движительная установка - три рулевых колонки типа «Азипод» мощностью по 27200 л.с.;

Скорость - 22,6 узла;

Количество палуб - 16;

Количество пассажиров - 6360 человек;

Количество кают - 2704;

Экипаж - 2100 человек; http://korabley.net/news/samyj_bolshoj_v_mire_lajner/2015-11-30-439

Какое из технических данных нужно использовать для расчёта веса судна (Н)? Какова выталкивающая сила действующая на лайнер? Выполните оценку глубины погружения судна в морской воде. Изменится ли осадка, архимедова сила при увеличении солёности воды?

Таким образом, особенность подготовки инженеров заключается в прочном естественнонаучном, математическом и мировозренческом фундаменте знаний. Решение технических задач способствует формированию инженерной компетентности. Знания обеспечивают деятельность в проблемных ситуациях и позволяют решить задачу подготовки специалистов повышенного творческого потенциала.

 

Информационные источники:

1. Мир технологий http://www.energytechno.ru/tfids-531-1.html
2. Насонова А. О. Задачи с техническим содержанием при обучении физике как средство профориентации на инженерные специальности. Магистерская диссертация. http://elar.uspu.ru/bitstream/uspu/5039/1/22Nasonova2.pdf
3. Анисимова Л. В. Инженерное образование в условиях трансформации социального заказа. Автореферат диссертации. https://www.dissercat.com/content/inzhenernoe-obrazovanie-v-usloviyakh-transformatsii-sotsialnogo-zakaza/read
4. А. С. Чиганов, А. С. Грачёв. Начала инженерного образования в школе. https://cyberleninka.ru/article/v/nachala-inzhenernogo-obrazovaniya-v-shkole

 

 

 

 

 

 

Опубликовано: 22.08.2019