Дипломная работа по методике преподавания физики

Вид материала

Диплом

Содержание Кейсовый метод обучения – один из путей развития творческого мышления учащихся в процессе обучения физики. 2.2. Кейс Электризация. Электростатическая машина Вимшерста.

Подобный материал:

• «Использование информационных технологий в методике преподавания физики», 200.54kb.
• К написанию курсовой работы по методике преподавания биологии, 74.36kb.
• Курсовая работа по методике преподавания математики небольшая по объему самостоятельная, 1134.75kb.
• Методические рекомендации по методике преподавания психологии. Тематика семинарских, 78.25kb.
• Задание №5 7 Дистанционные олимпиады по астрономии. Дистанционные эвристические олимпиады, 128.46kb.
• Методика изучения правильных многоугольников в курсе планиметрии Курсовая работа, 313.94kb.
• Обучение учащихся средних общеобразовательных учреждений эмпирическим методам познания, 605.75kb.
• Развитие методики преподавания физики § из истории дореволюционной методики физики, 481.15kb.
• Тест по теории и методике преподавания Назначение: итоговый контроль знаний, 251.06kb.
• Методические рекомендации к государственному экзамену по информатике и методике преподавания, 179.62kb.

Глава 2.

Кейсовый метод обучения – один из путей развития творческого мышления учащихся в процессе обучения физики.

2.1. Понятие кейсового метода обучения.

В мировой практике под понятием кейс подразумевают описание, а также решение конкретной, проблемной ситуации.

Основная идея кейса – продемонстрировать учащимся широкий спектр выходов из проблемных ситуаций, похожих друг на друга.

В целом кейсовый метод позволяет решать следующие задачи:

- научиться принимать верные решения в условиях неопределённости;

- разрабатывать алгоритм принятия решений;

- применять полученные теоретические знания для решения практических задач;

- учитывать другие мнения при принятии окончательного решения.

Ситуационное обучение относится к активным методам обучения, подобно деловым играм, тренингу, дистанционному образованию. Кейс – один из таких инструментов.

Структура содержания кейса включает в себя такие основные разделы, как:

I. Краткое описание задачной ситуации.

II. Истоки и содержание проблемной ситуации.

III. Вопросы для обсуждения кейса.

IV. Конспект учителя.

V. Дополнительная информация за рамками проблемной ситуации.

Кейс должен содержать в себе так называемые «открытые» задачи.

Для более точного разделения понятий «закрытая» и «открытая» задачи уделяем им некоторое внимание и определимся в терминологии.

Закрытая задача – «классическая» учебная задача, в которой обязательно оговаривается что дано и что не известно. Ставится чёткий вопрос:

Что требуется найти?

Действия и решения производятся в соответствии с алгоритмом, освоенного на уроке, и имеется чаще всего единственный ответ.

Открытая задача – характеризуются тем, что у неё нет конкретного условия, отсутствует чётко сформулированный вопрос. Нет алгоритма и чаще всего в задаче, присутствует противоречие, которое ещё больше «мешает» её решить; нет известного заранее решения и нет единственно правильного ответа.

Перечислим три основных требования к условию учебной (изобретательской или исследовательской) задачи:

1) достаточность условия,

2) корректность вопроса,

3) наличие противоречия.

Открытую задачу можно сделать почти из любого интересного факта.

Практическая направленность раздела III позволяет решить задачи, поставленные перед кейсом, а именно – развить у учащихся логическое мышление, научить самостоятельно работать с дополнительными данными кейса. И как итог – принятие нестандартных решений.

Раздел IV. Конспект учителя.

Данный раздел должен учителю ответить на вопросы:

1. Для кого и для чего написан кейс?

2. Какими знаниями и навыками должен овладеть учащийся?

3. Что из этого извлекут учащиеся?

4. Какие проблемы позволяют решить?

5. Как работать с кейсом в учебном процессе?

Технология разработки и использования кейса включает в себя следующие основные этапы:

I. Выбор идеи, концепции кейса.

II. Определение источников накопления и обработка материалов для кейса.

Ш. Процесс становления кейса, его структура, связь с конкретной проблемной ситуацией.

IV. Составление практического руководства для учителя.

V. Разработка папки учителя:

- план, цели, задачи;

- методы обучения;

- средства обучения;

- литература.

VI. Процесс использования кейса в обучении:

- индивидуальное изучение кейса;

- анализ проблемы и возможные варианты её решения;

- работа в малых группах, дискуссии;

- презентация решений проблемной ситуации, их обсуждение;

- преподавательская оценка и экспертиза альтернативных групповых решений.

Основная, таким образом, цель написания кейса и групповой работы учащихся с ним является не столько поиск конкретного решения, сколько процесс выявления учащимися оптимального варианта решения проблемной ситуации, помогающий приобрести определённые навыки и умения выхода из неё, развития творческого мышления у учащихся.

Рассмотрим в дипломной работе следующие кейсы.


2.2. Кейс Электризация.

Опасное электричество.

Электризация тел может быть и вредной и полезной.

Взаимодействие наэлектризованных тел затрудняет выполнение многих технологических операций. Например, электризация волокон вызывает их взаимное отталкивание, что мешает работе ткацких станков. Заряженную ткань трудно раскраивать. Такая ткань, кроме того, сильно загрязняется вследствие притяжения к ней частичек пыли.

В типографиях электризуются бумажные листы, что мешает их движению и укладке.

Особенно опасна электризация при транспортировке и перекачке легковоспламеняющихся жидкостей.

«Было уже за полночь, когда рабочий одной из нефтебаз в Удмуртской АССР И. Третьяков, заправив восемь цистерн авиационным бензином, перевёл резиновый наливной шланг очередную порожнюю ёмкость. Едва металлический наконечник шланга коснулся горловины цистерны, как вверх взметнулся пятнадцати метровый яркий столб огня. Мощной взрывной волной Третьякова отбросило от цистерны…»

(Газета «Известия», 03.10.68)

«Когда я переливал бензин из ведра через пластмассовую воронку в топливный бак мотоцикла, неожиданно из горловины бака возник огненный факел…»

(Журнал «За рулём», №3, 1987 г.)

Бензин перевозят в автоцистернах (бензовозах). В результате всплесков бензин может наэлектризоваться одним зарядом, а корпус цистерны – другим. Электризация может быть столь большой, что возникнут условия для искрового разряда, а это повлечёт за собой воспламенение бензина. Возникает угроза взрыва. Как можно предотвратить взрыв бензовоза?


Статическое электричество.


В настоящее время увеличился интерес к «электричеству от трения» - статическому электричеству (от латинского «находящийся в покое»).

Электризация происходит и в быту, и при любом технологическом процессе, где происходит взаимодействие движущихся тел, которые состоят из материалов, являющихся диэлектриками. Такое взаимодействие происходит при смещении, разделении, механической обработке и т.д. Чем больше скорость технологического процесса, тем значительнее электризация. Накопление зарядов продолжается до тех пор, пока не произойдёт искровой разряд.

Для получения искрового разряда можно использовать электрофорную машину.

Электростатическая машина Вимшерста.


Рассмотрим более подробно машину Вимшерста, которую используют для опытов по электростатике в школе.

Назначение и устройство.

Основные части машины рис.1 .

1. Деревянная подставка 1,на которой смонтированы все части прибора.

2. Две металлические стойки 2,укрепленные на подставке; в нижней части стоек имеется отверстие для установки оси шкивов, а в верхней части - для оси дисков.

3. Ось 3 с двумя насажанными на ней шкивами и с рукояткой для вращения. Рукоятка отвертывается.

4. Ось дисков 4,укрепленная с помощью винтов, входящих через отверстие стоек.

5. Два покрытых шеллачным лаком стеклянных или изготовленных из органического стекла диска 5 с 28 секторами из порошка алюминия. Диски удерживаются на оси с помощью ступиц и шайб, свинченных вместе и стягивающих диски; каждый диск со ступицей и шайбой может свободно вращаться вокруг своей оси. Между стеклянными дисками и ступицами имеются картонные прокладки. На внешних поверхностях ступиц выточены канавки для ремней.

6. Два щеткодержателя 6 с двумя щетками каждый, укрепленный на шайбах, надетых на ось дисков непосредственно рядом со ступицей. Стержни щеткодержателей кончаются металлическими щетками, касающимися стеклянных кругов (касание без нажима - необходимое условие работы машины). Щеткодержатели при сборке должны быть установлены таким образом, чтобы между ними получился угол, близкий к прямому углу; очень важно, чтобы щетки были расположены так, как это показано на рис 14, где машина изображена со стороны разрядников. В этом случае гребенки 8 с остриями будут находиться в зоне одинаковых (на том и другом круге) зарядов; стержни щеткодержателей при этом образуют с горизонтальной осью дисков угол, близкий к 45⁰.

7. Изолирующая горизонтальная планка 7, укрепленная на металлической стойке при помощи винта с шайбой. У концов изолирующей планки перпендикулярно к ней расположены 2 металлических цилиндра, на которых установлены гребенки и разрядники.

8. Две гребенки 8 с остриями, охватывающие (без касания) диски. Гребенки укреплены у концов металлических цилиндров при помощи зажимных винтов.

9. Два разрядника - кондукторы 9, на одном конце у которых имеются по два шарика, а на другом - изолирующая ручка. Разрядники удерживаются трением в изолирующей планке; благодаря этому их можно установить в требуемом положении.

10. Две лейденские банки 10,стержни которых касаются металлических цилиндров изолирующей планки; поверхность стекла банок покрыта шеллачным лаком.

11. Две клеммы 11 с соединительной пластинкой сообщаются внутренней проводкой с внешними обкладками банок.

12. Передача 12, состоящая из двух шкивов, двух кольцеобразных канавок на ступицах и 2-х ремней, из которых один надет накрест; благодаря этому при вращении нижней оси стеклянные диски приходят во вращение в противоположных направлениях.

Лейденские банки установлены на жестяных кружках, соединенных проводником с клеммами, закрепленными на подставке. Клеммы соединяются одна с другой при помощи металлической пластины (откидной), которая закрепляется этими же клеммами.

При желании разъединить внешние обкладки той и другой банки следует ослабить клеммы и отвести пластинку влево. Соединение внешних обкладок увеличивает общую емкость кондукторов, а, следовательно, и количество электрических зарядов, участвующих в разряде. Искра в этом случае более яркая. Диск диаметром 275мм дает искру не менее 50 мм.


Работа электростатической машиной Вимшерста.

Рассмотрим принцип действия машины Вимшерста. Пусть на одной из обкладок диска случайно возник положительный заряд . Опыт показывает, что на секторах или диске машины обычно имеются незначительные заряды, которые вполне достаточно для возбуждения машины. Поэтому для получения зарядов на кондукторах нужно только вращать рукоятку машины в направлении часовой стрелки.

В начале вращения несколько сближают шарики разрядников и дожидаются появления искры; только после этого устанавливают разрядники на требуемое расстояние.

Соединим находящуюся против него обкладку диска проводником с металлической метелкой с диаметрально противоположной обкладкой. Положительный заряд с левой верхней обкладки уйдет на правую нижнюю обкладку, при этом знаки электрических зарядов на обкладках будут противоположными (явление электростатической индукции). Повернем диск на пол-оборота по часовой стрелке. В результате вся правая верхняя часть будет заряжена отрицательно, а левая нижняя – положительно. Соединим таким же проводником с метелками две противоположные обкладки диска. Теперь там произойдет явление электростатической индукции под действием поля зарядов диска . Но разделение зарядов будет более значительным, так как влияет не одна, а несколько заряженных обкладок. После поворота диска против часовой стрелки заряды распределятся.

Если повернуть диск опять по часовой стрелке, то на нем возникнут ещё большие заряды . Диски приводят во вращение в противоположных направлениях. При этом механическая энергия преобразуется в электрическую.

Там, где на дисках возникли одинаковые заряды, расположим проводники с остриями, не касающимися обкладок (гребёнки). При накоплении больших зарядов они начнут стекать на острия. Эти гребёнки и будут полюсами электростатической машины для внешней цепи. Для накопления заряда они соединены с конденсаторами большой электрической прочности, хотя и небольшой ёмкости .

Следует помнить, что прикосновение к кондукторам работающей машины вызывает сильное физическое действие, поэтому, устанавливая шарики разрядника, надо прикасаться только к изолирующим ручкам разрядников.




Рис.1


Опыт 2. Электризация цветка.



Объяснение электризации.


Как происходит электризация тел при трении? Тела, состоящие из нейтральных частиц (атомов и молекул), в обычных условиях не обладают зарядом. Однако в процессе трения часть электронов, покинувших свои атомы, может перейти с одного тела на другое. Электроны, находящиеся на периферии атома, сравнительно легко отрываются от атомов. Рассмотри рисунок и ответь на вопросы.



- В каком случае тело заряжено отрицательно?

- В каком случае тело заряжено положительно?

Сделай вывод, когда же тело электризуется, т.е. получает электрический заряд.

В электризации всегда участвуют два тела, при этом оба тела электризуются.

Проведи опыт. Воспользуйся двумя пластинками – эбонитовой и стеклянной – и электрометром с шаровым кондуктором. Наэлектризовав пластинки, трением друг о друга, внеси одну из них внутрь полого кондуктора электрометра, заряди его. Затем сними заряд и проделай то же со второй пластинкой.

Сделай вывод.

Затем внутрь кондуктора соединенного с незаряженным электрометром, внеси одновременно две заряжённые пластинки. Обнаруживает ли электрометр в этом случае электрический заряд?

Сделай вывод.

Электризация через влияние.

Задание. Определи, какое действие будет оказывать наэлектризованная палочка на подвешенный металлический шарик в случаях, изображённых на рисунке.



Правильность решения проверь путём опыта.

Используя знания об электроне и о строении атома объясни явление: притяжение ненаэлектризованных тел к наэлектризованным (случай а) и б)).

Ответь на следующие вопросы:

1. К электроскопу поднеси (но не касайся стержня) заряженное тело, например расчёску. Листочки разошлись! Почему? Ведь электроскоп не заряжён, касания – то не было! Разберите два случая:

а) тело заряжено положительно;

б) тело заряжено отрицательно.

Свои рассуждения иллюстрируй рисунком.

2. Почему металлические незаряжённые опилки притягиваются к заряжённому телу?

Проводники и диэлектрики.

По способности проводить электрические заряды вещества делятся на проводники и непроводники электричества. Непроводники электричества называют диэлектриками.

Заполни таблицу.

Проводники.	Диэлектрики.

Отличие металлов от диэлектриков.



В металлах часть электронов легко отделяется от атомов и образует своеобразное электронное облако внутри металла. Эти электроны практически свободны, очень подвижны. В электрическом поле они свободно движутся от ядра к ядру. Такие электроны получили название электроны проводимости, или свободными электронами.

В диэлектриках практически все электроны прочно связаны с ядрами атомов. Свободно перемещающихся заряжённых частиц практически нет.

Проведи и объясни опыт.

Металлический стержень расположи на изолирующей подставке горизонтально. Около одного края стержня подвесь лёгкий шарик или гильзу так, чтобы шарик и стержень соприкасались. Прикоснись к другому концу стержня заряжённым телом.

Замени металлический стержень эбонитовым (или стеклянным) и повтори опыт.


Задачи:

1. При соединении повреждённых проводов монтёр надевает резиновые перчатки. Зачем он это делает?

2. Зачем стержень электроскопа всегда делают металлическим?


Заземление.

Если заряд передают от заряжённого тела к незаряженному и размеры тел одинаковы, то заряд разделится пополам. Но если второе, незаряженное тело больше, чем первое, то на него перейдёт больше половины заряда. Чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда на него перейдёт. На этом основано заземление-передача заряда земле. Земной шар - грандиозный «поглотитель» или источник электронов. Если вы соедините заряженное отрицательно металлическое тело с землёй, то все лишние электроны очень быстро уйдут в землю и тело станет электрически нейтральным, незаряженным. При соединение с землёй положительно заряженного тела из земли в него перейдет недостающая для равновесия часть электронов, и тело также становится электрически нейтральным.


Задание 1. Укажите направление движения и знак зарядов, движущихся по проводнику, соединяющему тело А с землёй.




Задание 2. Укажите направление движения и знак зарядов, движущихся по проводнику АВ, когда к металлическому телу С подносят заряженное

тело Д.



Проделай опыт. Зарядите электроскоп, не прикасаясь к нему заряженным телом. Проверьте знак заряда на электроскопе. Объясните наблюдаемое явление.


Полезная электризация.

Не следует считать, что с электризацией тел в основном приходится бороться. Как и подавляющее большинство научных открытий, она поставлена и на службу человеку.

Например, исследование установили, что электризация синтетического белья, возникающая во время носки, оказывается даже полезной. Известно, что поливинил-хлоридное бельё помогает при лечении некоторых болезней.

В технике применяют метод, сущность которого заключается в следующем. Мельчайшие твёрдые или жидкие частицы материала поступают в электрическое поле, где их поверхность «оседают» электроны и ионы, т.е. частицы приобретают заряд и далее движутся под действием электрического поля. В зависимости от назначения аппаратуры можно с помощью электрических полей по-разному управлять движением частиц в соответствии с необходимым технологическим процессом. Эта технология уже пробила себе дорогу в различные отрасли народного хозяйства.

Например, движущиеся на конвейере окрашиваемые детали (скажем, корпус автомобиля) заряжают положительно, а частицам краски придают отрицательный заряд, и они стремятся к положительно заряженной детали. Слой краски на ней получается тонкий, равномерный и плотный. Действительно, одноимённо заряженные частицы отталкиваются друг от друга – отсюда равномерность окрашивающего слоя. Частицы, разогнанные электрическим полем, с силой ударяются об изделие – отсюда плотность краски. Расход краски снижается, так как она осаждается только на детали.



Используют явление электризации и в процессе копчения. Копчение – это пропитывание пищевого продукта древесным дымом; частицы дыма не только придают продуктам особый вкус, но и предохраняют их от порчи. При электрокопчении частицы коптильного дыма заряжаются положительно, а отрицательно – тушку рыбы (см. рис.). Заряженные частицы дыма оседают на поверхности тушки и частично поглощаются ею. Всё электрокопчение продолжается лишь несколько минут; прежде же копчение считалось весьма длительным процессом.



Чтобы получить в электрическом поле слой ворса на каком – либо материале, надо материал заземлить, поверхность покрыть клеящим веществом, а затем через заряженную металлическую сетку, расположенную над этой поверхностью, пропустить порцию ворса. Ворсинки быстро ориентируются в поле и, распределяясь равномерно, оседают на клей строго перпендикулярно поверхности. Так получают покрытия, похожие на замшу или бархат. Легко получить разноцветный узор, заготовив порции разноцветного по цвету ворса и несколько шаблонов, которыми в процессе электроворсования прикрывают поочерёдно отдельные участки изделия. Так можно сделать, например, многоцветные ковры.

Электризация помогает бороться с пылью. Чистый воздух нужен не только людям и особо точным производствам. Все машины из-за пыли преждевременно изнашиваются, а каналы их воздушного охлаждения засоряются. Кроме того, часто пыль, улетающая отходящими газами, представляет собой ценное сырьё. Очистка промышленных газов стала необходимостью. Практика показала, что с этим хорошо справляется электрическое поле.

Электрические фильтры на крупных тепловых электростанциях улавливают 99% золы, содержащей в выходных газах.

Наконец, если мелкие частицы одного вещества зарядить положительно, а другого – отрицательно, то легко получить их смесь, где частицы распределены равномерно.

Например, на хлебозаводе не приходится совершать большую механическую работу, чтобы замесить тесто. Заряженные положительно крупинки муки воздушным потоком подаются в камеру, где они встречаются с отрицательно заряженными капельками воды, содержащей дрожжи. Крупинки муки и капельки воды, притягиваясь, друг к другу образуют однородное тесто.

Можно привести много других примеров полезного применения статической электризации. Основанная на этом явлении технология удобна: потоком заряженных частиц можно управлять, изменяя электрическое поле, а весь процесс легко автоматизировать.


Борьба с вредной электризацией

Ещё в 19 веке были известны вредные действия статического электричества.

Например, кожаные и прорезиненные ремни, наэлектризовавшись на вращающихся шкивах, могут стать источником искрового разряда. Он особенно опасен, если в воздухе висит мелкая горючая пыль (скажем, мука): проскочившая от наэлектризованного тела искра может вызвать взрыв и пожар.

На клеепромазочной машине, которая смазывает резиновым клеем материалы, в результате трения материала о валики происходит их электризация. Если не снять эти заряды, то даже небольшая искра может тканевые вызвать пожар, так как окружающий воздух насыщен парами бензина. Причиной взрыва может стать человек, так как при контакте с заряженной тканью электризуется и тело оператора.

При движении жидкости – диэлектрика внутри труб (например, при перекачке горючего из бензозаправщика в баки самолёта) происходит электризация и перенос зарядов. Чтобы не произошло искрового разряда и взрыва, повышают электропроводность бензина, добавляя в него соединения хрома. Сам самолёт электризуется о воздух в течении полёта, поэтому после посадки к самолёту нельзя сразу же приставлять электрический трап: может возникнуть разряд, который вызовет пожар. Сначала самолёт разряжают: опускают на землю металлический трос, соединённый с обшивкой самолёта, и разряд проходит между землёй и концом троса.

Для избежания вредных последствий электризации тел в технике применяют различные меры борьбы с этим явлением. Основной метод уменьшения электризации – заземление оборудования. Однако, заземление не помогает, если применяется оборудование из материалов, являющихся диэлектриками. Чтобы поверхность таких материалов лучше проводила электричество, её подвергают обработке. Например, приводные ремни и ленты транспортёров покрывают графитом или бронзовым порошком. С той же целью увеличивают влажность воздуха в помещении; тогда на материалах, не проводящих электричество, образуется тонкая плёнка воды. Вода содержит примеси, поэтому является проводником электричества. Иногда ионизируют воздух. Ионы под действием сил притяжения движутся к заряженным поверхностям, уменьшая их заряд. В быту при стирке одежды, для иных целей применяют различные антистатики.

Задачи:

1. Авиационное топливо электризуется при фильтровании. Изображение фильтра, при прохождении через который жидкость почти бы не заряжалась, является важной проблемой. Почему такой фильтр должен быть изготовлен из двух различных материалов? Какими электрическими свойствами должны обладать эти материалы по отношению к топливу?

2. С какой целью на взрывоопасном производстве приводные ремни должны быть обработаны антистатической (проводящей) пастой, а шкивы заземлены?

3. Может ли в ременной передаче электризовываться только ремень, а шкив оставаться незаряженным? Почему? Считать, что шкив не заземлён.

4. Трущиеся части механизмов, например, ременная передача, типографская бумага в ротационной машине, пряжа на ткацком станке и т. д., наэлектризовываясь, могут вызывать аварии и неполадки. Для устранения статических зарядов вблизи таких механизмов устанавливают нейтрализаторы, испускающие лучи, под действием которых молекулы воздуха расщепляются на частицы – ионы, одни из которых заряжены положительно, а другие – отрицательно (рис). Объясните принцип действия такой защитной установки.