книги из ГПНТБ / Радченко, А. К. Методика демонстрационного эксперимента по технической механике учебное пособие
.pdfно включать и опыты, которые ранее уже показывались. Перед этими демонстрациями надо ставить новые про блемы, новые задачи. Очень хорошо такие демонстра ции разрешать проводить самим учащимся. Это позволит полнее оценить знания учащихся.
Систематическая постановка преподавателем опытов при повторении пройденного материала и использование демонстраций при опросе учащихся заставит их внима тельно следить за проведением опыта и обращать внима ние не только на результаты опытов, но и на действия преподавателя. Это расширяет умения и навыки учащихся.
5.Демонстрационный эксперимент — не только опора
вусвоении знаний по технической механике, но и стиму лятор мыслительной деятельности учащихся, необходи мое условие для развития абстрактного мышления и про странственных представлений.
Если учащиеся, пользуясь терминами, обозначающи
ми различные понятия технической механики, не имеют наглядных представлений, их знания оказываются фор
мальными. Так, учащиеся часто знают определения, пи шут математические выражения основных законов и по ложений механики, но не понимают их физического смыс ла, не могут решить конкретной задачи.
Применение демонстрационного метода в преподава
нии технической механики поможет раскрыть физичес кую сущность всех понятий механики. Тем более, что большинство понятий технической механики для учащих
ся новы и естественно, что в их сознании нет готовых образов и представлений для их формирования.
Так, с понятием «момент инерции тела» учащиеся зна комятся впервые в курсе теоретической механики. На примере демонстрационных опытов можно подвести уча щихся к необходимости введения критерия «момент инер
ции тела» при исследовании вращательного движения твердого тела. На опыте с прибором (см. рис. 2.23) уча щиеся убеждаются, что при постоянном вращающем мо менте угловое ускорение данного тела не является по
стоянной величиной и зависит от распределения массы
тела и от оси вращения. Поэтому не только масса вра щающегося твердого тела является мерой его инертно сти. Для характеристики вращающего движения твердого тела вводится понятие «момент инерции тела»:
J = ∑mκ''κ2∙
10
Кроме того, на примере данного опыта можно убе диться в справедливости основного закона динамики для
вращательного движения твердого тела вокруг неподвиж
ной оси: M = J&. Опытное определение момента инерции диска с помощью прибора по кинематике и динамике, а
затем проверка правильности полученного значения мо мента инерции диска (см. рис. 3.41, 3.69) раскрывают еще глубже смысл данного понятия, так как решение такой задачи приходится начинать с измерения исходных параметров и заканчивать проверкой полученных резуль
татов.
При изучении сопротивления материалов пользуемся понятием «момент инерции площади сечения». Здесь
понятие «момент инерции сечения» характеризует сопро
тивляемость сечения действию нагрузки, масса тела и род материала не играют роли. В этом можно убедиться на простом опыте с линейкой. Сначала положим линей ку плашмя на две опоры, а затем на ребро (см. рис. 4.23), под действием одной и той же нагрузки про гиб линейки будет разным. Так, на примере этого опыта мы подведем учащихся к мысли о необходимости введе
ния критерия сопротивляемости тел к изгибающему мо менту.
6. Демонстрационный эксперимент должен быть не отъемлемой частью и при решении задач. Это способст вует более глубокому и прочному усвоению материала,
приближает изучаемый материал к практике, к производ ству. Демонстрации помогают установить и функциональ ную зависимость между величинами, данными в условии задачи, глубже понять сущность физического процесса,
избежать формализма при решении задач.
Рассмотрим^оризонтальный стержень АВ, имеющий на конце А отверстие, которым он надет на вертикаль ную круглую стойку CD; длина втулки 2 см. На рас
стоянии а от оси стойки к стержню подвешен груз Р. Пренебрегая весом стержня АВ, определить расстояние а.
При этом необходимо, чтобы стержень под действием
груза P оставался в равновесии, если |
коэффициент тре |
ния между стержнем и стойкой k = 0,1 |
(рис. 1.2). Преж |
де чем приступить к решению задачи, |
следует показать |
с помощью модели, что такое явление действительно су ществует, а затем выявить причины его существования.
Модель к данной задаче поможет глубже выяснить физический смысл задачи. Следовательно, ее решение не будет заключаться в формальном подборе формул, а бу дет носить логическое и обоснованное решение. На дан-
Рис. 1.3
ной модели можно показать, что горизонтальный стер жень не всегда будет находиться в равновесии при дей
ствии на него силы Р. Равновесие горизонтального стерж ня AB зависит от расстояния а, на котором к нему при
ложена сила Р. Если к стержню AB у его защемления
подвесить груз Р, то втулка будет скользить вниз. Постелен-
12
но удаляя груз P от его защемления, находим такую точку
для |
подвешивания груза на стержне АВ, когда втулка |
не |
скользит вниз (рис. 1.3). |
Эта модель поможет выяснить и причину равновесия |
|
стержня AB в горизонтальном положении. Для этого не обходимо повернуть модель торцом вертикального стерж
ня к учащимся, а действие груза P на стержень AB за
менить усилием руки. Втулка имеет одну общую точку с вертикальным стержнем, в которой она давит на вер тикальный круглый стержень. Поэтому со стороны вер тикального стержня возникают сила реакции нормаль
ного давления N и сила трения ∕7τp, препятствующая скольжению втулки вниз. Аналогично можно разобрать и вторую точку соприкосновения втулки с вертикальным стержнем — точку D.
Применение действующих моделей при решении задач способствует не только лучшему пониманию условия за дачи, но и часто дает возможнось проверить ответ, по лученный при решении задачи, на той же модели. На пример, на вал ворота намотана веревка, поддерживаю
щая груз Q. Радиус колеса, насаженного на вал, в шесть раз больше радиуса вала. Веревка, намотанная на окруж
ность колеса и натягиваемая грузом P весом 60 Н, схо дит с колеса по касательной, наклоненной к горизонту
13
под углом 30°. Определить вес груза, при котором ворот
остается в равновесии (рис. 1.4). Использование модели (рис. 1.5) при решении данной задачи позволяет выяснить, что ворот остается в равновесии при определенном со отношении грузов. Следовательно, полученный ответ при
решении данной задачи можно проверить эксперименталь
но. Для этого взвешиваем грузы и находим соотношение их весов.
Рис. 1.5
Одни и те же приборы, например модель кривошипно шатунного механизма (см. рис. 2.9), модель кулисного
механизма (см. рис. 2.14) и многие другие, можно ис пользовать как при решении задач, так и при объясне нии нового материала. Многократное применение моде
лей механизмов способствует лучшему пониманию их на значения и принципа действия. Кроме того, учащиеся луч
ше запоминают названия и характеристики машин и механизмов и их практическое применение, т. е. мы есте ственным путем приближаем изучение технической меха ники к производству, что очень важно с точки зрения политехнического и производственного обучения.
7. Использование демонстрационного эксперимента для решения экспериментальных задач, данные для ре
14
шения которых берутся непосредственно из опыта, помо гает глубоко осмыслить физическую сущность процессов.
Ведь решение экспериментальных задач приходится на
чинать с измерения исходных параметров и заканчивать проверкой полученных результатов. Если же условие за дач брать только из учебника, то здесь все готово от исходных данных до ответа для проверки. Часто решение таких задач сводится к подбору формул.
Рис. 1.6
Экспериментальную задачу по определению момента инерции диска можно решить с помощью «Прибора по
кинематике и динамике» (см. рис. 2.17). Прежде чем приступить к решению такой задачи, учащиеся должны получить исходные данные. Перед ними будет стоять ряд практических задач: как определить вращающий момент диска, его массу и угловое ускорение? Таким образом, решение такой задачи невозможно свести к фор мальному подбору формул. Кроме того, перед учащими ся стоит еще задача — проверить правильность получен ного результата. Решая такую задачу, учащиеся систе матизируют свои знания, учатся применять их на практике, глубже усваивают физический смысл понятий момента инерции твердого тела, вращающего момен
та и т. д.
15
Ряд экспериментальных задач можно решить при по мощи других приборов, например модели плоского крон
штейна, набора демонстрационных динамометров и шта
тивов и многих других.
Экспериментальные задачи по теме «Способы пере дачи вращательного движения» приближают обучение
к производству, учат составлять кинематические схемы
инаходить передаточное число. Например, перед учащи мися ставится такой вопрос: определить передаточное отношение механизма (рис. 1.6).
Zi = Zz —25
Z3 = 75
Zif -95
Рис. 1.7
Для решения этой задачи необходимо составить ки нематическую схему данного механизма (рис. 1.7), рас считать количество зубьев всех зубчатых колес, а затем
определить |
передаточное отношение і — — |
Можно |
||
|
другую задачу: |
Z2 |
Z4 |
сделает |
поставить и |
сколько оборотов |
|||
вал III, если ведущий вал I сделает п оборотов? |
|
|||
Из изложенного следует, |
что демонстрационный эк |
|||
сперимент на уроках по технической механике — необхо димое условие для формирования научных понятий ме ханических величин и для развития технического мышле ния. Только при развитом техническом мышлении
учащиеся могут оперировать техническим образом, т. е.
уметь видеть технический объект (машину, механизм,
деталь во время ее обработки) в движении, изменении,
во взаимосвязи с другими объектами.
1.2. ВИДЫ ДЕМОНСТРАЦИЙ
Демонстрации, применяемые в процессе преподава
ния, по их назначению можно разделить на три основ
ных вида.
1. Демонстрации, воспроизводящие изучаемое явле
ние или закономерность. Они могут быть как качествен ные, так и количественные.
Качественные демонстрации воспроизводят изучае мые явления, процессы, взаимодействия отдельных час тей и узлов машин. К ним можно отнести демонстрации,
иллюстрирующие инерцию тел, взаимодействие тел, раз личные виды деформаций и т. д.
Количественные демонстрации проводятся с целью нахождения математической зависимости между величи нами, характеризующими данное явление или работу машин, механизмов. Характерным для таких демонстра ций является применение измерительных приборов. Эти демонстрации позволяют решить несколько задач:
а) помогают учащимся осмыслить математическую
зависимость между величинами и позволяют тем самым выяснить, какие величины в данном процессе или явле нии зависимые, какие независимые;
б) знакомят учащихся с измерительными приборами и правилами пользования ими, что подготавливает их к практической деятельности;
в) знакомят учащихся с методами исследования, ко торыми пользуются в данной отрасли науки и техники.
К количественным демонстрациям можно отнести определение реакций опор балки и нахождение зависи мости момента силы, действующей на тело, от величины силы и плеча, проверку законов равноускоренного дви
жения, а также демонстрации, иллюстрирующие запись графиков зависимости между отдельными величинами с помощью самописцев упрощенной конструкции. Это по может учащимся освоить работу самописцев, используе мых в заводских условиях.
2 Радченко А. К. |
Γ∙∙. R в ИЧ«ЫІ |
17 |
|
|
∙*rtMH⅜√4M-l |
,∙∙* |
|
2. Ко второму виду демонстраций относятся демонст рации макетов моделей. Они .позволяют макетировать плоскостное и пространственное расположение тел, сис темы тел или векторов сил. Применение такого вида на
глядности облегчает формирование у учащихся абстракт
ного мышления и пространственных |
представлений. |
К ним можно отнести демонстрации |
параллелограмма |
сил, проекции силы на оси координат, макеты различных деталей и механизмов, плоскостные макеты с подвижны ми деталями и т. д.
3. Третий вид демонстраций включает демонстрации,
иллюстрирующие практическое применение рассмотрен
ной закономерности; демонстрации, подтверждающие правильность теоретических выводов и результатов, по лученных при решении практических задач. Основой та ких демонстраций является максимальное приближение демонстрируемого объекта к практике, к производству.
Добиться этого позволяет использование действующих моделей машин, механизмов, отдельных узлов, взятых с промышленного оборудования. Это дает возможность учащимся четко представить динамику взаимодействия отдельных деталей, понять сущность их работы, помо гает развить у учащихся техническую грамотность, кото рая необходима для творческой работы на производ стве.
Практика показывает, что учащиеся, решая задачи по кинематике и динамике, получают правильные ответы в математическом виде и в то же время не всегда по нимают физический смысл полученного ответа. Напри мер, по данным условия задачи требуется найти уравне ние траектории какой-либо точки шатуна. В результате решения такой задачи получается ответ в математичес кой форме:
X2 |
і |
⅜2 |
1 |
ɑ2 |
^t^ |
&2 |
|
По ответу учащиеся говорят, что точка шатуна дви жется по эллипсу, но не могут представить это движе
ние в действительности. Если же преподаватель с по мощью модели кривошипно-шатунного механизма запи шет траекторию движения рассматриваемой в задаче точки шатуна (см. рис. 3.40), то ответ задачи, да и само условие, приобретет для них реальный смысл.
18
1.3.МЕТОДИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ ДЕМОНСТРАЦИЙ
Всякая демонстрация должна быть проведена в стро гой связи с изучаемым материалом. Это не означает, что демонстрацию нужно проводить только в процессе из ложения материала. Место демонстраций в процессе изу чения материала определяется той целью, которую пре подаватель ставит.
1.Демонстрация может быть проведена перед изуче нием нового материала, если на основании данной демон страции преподаватель ставит перед учащимися пробле му и на основе ее разрешения ведет объяснение.
2.Демонстрация может быть проведена по ходу изу чения нового материала с целью подтверждения сказан
ного преподавателем или для промежуточных попутных выводов. Так, демонстрации по темам «Равновесие тела, имеющего ось вращения» и «Устойчивость сжатых стерж
ней» лучше проводить по ходу объяснения |
материала. |
3. Демонстрации можно провести после |
изложения |
нового материала для проверки выводов, к которым пре подаватель подвел учащихся. Так, демонстрацию по определению модуля сдвига материала (см. рис. 4.16) необходимо проводить после изложения материала.
В зависимости от цели, поставленной преподавателем, часто можно одну и ту же демонстрацию проводить как перед объяснением нового материала с постановкой про
блемы, так и после объяснения для проверки теоретичес ких выводов.
Всякая демонстрация сопровождается объяснением преподавателя, какую бы цель он не ставил перед ее постановкой. Кроме того, преподаватель также обязан
объяснить и все промежуточные и подготовительные свои действия, чтобы учащиеся их понимали. В этом случае
учащиеся будут получать не только новые сведения по теоретическому материалу, но приобретать и навыки по постановке опытов, по использованию приборов.
Приборы, приспособления, используемые в данной де монстрации, должны размещаться на демонстрационном столе так, чтобы не загораживали друг друга и были видны всем учащимся. То, что не используется в данной демонстрации, необходимо убрать в демонстрационный стол или поставить так, чтобы оно не отвлекало внима ния учащихся.
2* |
19 |