МПО-методика профессионального обучения / МПО бакалавры / MPO_Kovalenko_Kharkov_2003

Слишком легкие и слишком сложные задания не способствуют созданию проблемных ситуаций. Возникновение проблемной ситуации ограничено двумя пределами процесса мышления. Нижний предел определяется такими случаями, когда для выполнения заданий достаточно применить уже усвоенные знания. Верхний предел соответствует случаю, когда ранее усвоенные знания не позволяют учащимся справиться с поставленным перед ним заданием.

Два примера помогут уяснить суть этих замечаний. Предположим, что на уроке после изложения принципа

расширения пределов измерения амперметров преподаватель пояснил решение такой задачи: «Определить сопротивление шунта для магнитоэлектрического измерительного механизма, номинальный ток которого 1НО!и=5мА И сопротивление R = 20OM, если пределы измерения следует расширить до 5О.иЛ».

Далее преподаватель предлагает учащимся решить другую задачу, в которой также требуется определить сопротивление шунта и, по сравнению с первой задачей, внесены следующие изменения:

-числовые данные для величин 1наи и R уже другие;

-вместо величины нового номинального значения тока указан шунтирующий множитель «.

Как видим, изменения, внесенные в условия новой задачи, столь элементарны, что они не могут вызвать появление проблемной ситуации и не требуют продуктивного мышления.

Теперь пример противоположного характера. После изучения звукового генератора и принципа усиления электрических колебаний в объеме материала соответствующих параграфов учебника преподаватель поручил учащимся детально разобраться в принципиальной схеме стереофонического усилителя, выпускаемого базовым предприятием. Весьма сложная схема этого

433

электронного аппарата включала немало незнакомых элементов и, что еще существеннее, ряд новых для них схемных разработок (автоматические регулировки, цепи отрицательных обратных связей и др.)- В результате учащиеся с заданием не справились, т. к. проблемная ситуация здесь не была создана и не была ими принята. Уровень ранее усвоенных знаний не соответствовал уровню сложности задания.

Перед тем, как принимать решение о выборе технологии проблемного обучения, следует тщательно проанализировать источники проблемного обучения, т. е. возможность постановки проблемных задач на основе знаний о диалектике развития науки и техники и способность обучаемых решать эти проблемные задачи.

Таким образом, необходимо хорошо усвоить, что проблемное обучение заключается в создании перед учащимися проблемных ситуаций, осознании и разрешении этих ситуаций в процессе совместной деятельности учащихся и преподавателя.

При проблемном обучении главную роль играет активность самого ученика. Преподаватель только руководит процессом обучения, опираясь на мыслительную деятельность учащихся, а не на память и заучивание, как это часто имеет место. На практике проблемное обучение требует от преподавателя и учащихся специальных навыков и большего количества времени, чем обычное обучение.

10.2.4Способы создания проблемных ситуаций

Проблемные ситуации можно сформировать тремя различными способами:

-путем четкой постановки проблемы преподавателем; -путем создания условий, при которых учащемуся требуется самому понять и сформулировать проблему;

434

-путем создания такой проблемы, при поиске решения которой учащийся должен прийти к новой, дополнительной проблеме, самим им выявленной и заранее предусмотренной преподавател е м.

Особым вариантом является случай, когда в ходе решения некоторой задачи ученик самостоятельно обнаруживает новую, не предусмотренную преподавателем проблему.

Обращение к тому или иному способу создания проблемной ситуации зависит от характера учебного материала и в не меньшей степени от подготовленности учащихся, от уровня их познавательной самостоятельности. На практике чаще приходится обращаться к постановке проблемы преподавателем при активном участии учащихся.

Рассмотрим наиболее известные способы создания проблемных ситуаций на примере электротехнических дисциплин.

Одним из таких способов является изложение нового материала с использованием эвристических вопросов и задач, эвристической беседы, которые требуют активных размышлений, направленных на создание проблемных ситуаций, решение которых возможно на основе всестороннего анализа этих ситуаций, сопоставления, обобщения и систематизации. Эвристическая беседа - это такая беседа, в процессе которой обучаемые самостоятельно приходят к определенным выводам, являющимся целью изучения учебного материала. К ним обучаемых подводит преподаватель, планируя такую систему вопросов, при которой каждый последующий вытекает из предыдущего. В ходе эвристической беседы преподаватель ставит перед собой и обучаемыми вопросы проблемного характера, решает их, привлекая к этому обучаемых, выдвигает гипотезы, подтверждает их, дает дополнительные вопросы обучаемым, которые решают данную задачу и таким

435

образом решается серьезная проблема. Признаками такой беседы является наличие конкретной цели и последовательность постановки вопросов и ответов, направленных на достижение цели. Основанием или источниками такой беседы являются базовые знания обучаемых, их эрудиция и жизненный опыт.

Примером эвристической беседы может служить стенограмма урока, предложенная Н. М. Розенбергом в его работе «Проблемное обучение в курсе Электротехника L основами промышленной электроники». Урок на тему «Резонанс токов».

Проблемная ситуация, которая создается на этом уроке, основана на обобщении первого закона Кирхгофа. При изучении темы «Постоянный ток» этот закон, как известно, формулируется следующим образом: «Сумма сил токов, подходящих к узлу электрической цепи, равна сумме сил токов, ухг дящих от этого узла, или алгебраическая сумма сил токов в узловой точке электрической цепи равна нулю». При изучении цепи с параллельным соединением конденсатора и катушки индуктивности на переменном токе правило Кирхгофа обобщается таким образом, что физические явления в цепях постоянного тока выглядят частным случаем.

Домашнее задание к данному уроку включало повторение следующих вопросов:

-первый закон Кирхгофа; -цепь переменного тока с индуктивностью;

-цепь переменного тока с емкостью.

Трудности, которые испытывает преподаватель при объяснении цепей переменного тока с параллельным соединением реактивных элементов, в общем, те же, что и при изучении других видов цепей переменного тока, т. е. необходимость учета сдвигов по фазе между токами и напряжениями при анализе качественных и количественных характеристик цепей.

436

На доске, до урока, чертится схема, содержащая источник напряжения, электрическую цепь с активным и индуктивным сопротивлениями, соединенными параллельно, i змерительные приборы.

Преподаватель: Ранее мы изучали физические процессы в цепях переменного тока с последовательным соединением катушки индуктивности и конденсатора. Еще большее практическое значение в электротехнике и радиоэлектронике имеют цепи с параллельным соединением этих электроэлементов. Такая цепь начерчена на доске. Приборы регистрируют силу тока в ветвях, то есть в катушке и конденсаторе, а такие в общем проводе, до разветвления. Какое соотношение связывает эти три тока?

Учащийся: Если в узле сходится несколько проводов, то сумма токов, подходящих к узлу, равна сумме токов, уходящих из узла. Эте первый закон Кирхгофа.

Преподаватель: Хорошо. Как применить этот закон к нашему конкретному случаю?

Учащийся: Очевидно, ток в общем проводе, до разветвления, равен сумме токов в катушке и конденсаторе.

Преподаватель: Да, такое предположение действительно возможно. Но если включить макет, то приборы будут показывать, что ток в катушке-1.2 А, в конденсаторе-1.35 А, в общем проводе - всего 50 мА (0,05 А Как вы оцениваете эти показания?

Учащийся: Непонятно. Токи в ветвях более ампера, а генератор создает ток всего 50 мА.

Преподаватель: Действительно, результаты нашего опыта на первый взгляд представляются парадоксальными. В то время как в ветвях ток достигает достаточно большой величины, ток в неразветвленной цепи весьма мал. Создается впечатление, что в таких цепях переменного тока первый закон Кирхгофа уже

437

недействителен. Однако это впечатление обманчиво. Просто, как мы уже убеждались, в цепях переменного тока приходится учитывать новые факторы. Чтобы разобраться в этом, воспользуемся методом векторных диаграмм и начнем применять его последовательно к каждой из ветвей. Какой вектор следует отложить вначале?

Здесь у учащихся нередко возникают трудности. Поэтому можно сформулировать вопрос несколько иначе.

Преподаватель: Какая из электрических величин является общей для обеих ветвей?

Учащийся: При параллельном соединении это напряжение. Преподаватель: Верно. Отложите этот вектор V в

произвольно избранном масштабе горизонтально и далее постройте векторы

токов в ветвях ;s !c и общего тока '.

Поясняйте при этом ход ваших рассуждений.

Учащийся: Начнем с конденсатора. Ток через емкость !с опережает напряжение и по фазе на 90°. Ток через индуктивность !L. напротив, отстает от напряжения на тот же угол. Получается, что векторы токов направлены в противоположные стороны.

Преподаватель: И, значит, ток в неразветвленной цепи...

Учащийся:... равен разности токов...

Преподаватель:... и направлен...

Учащийся:... в сторону большего из них.

Преподаватель: На примере нашего эксперимента будем считать, что ток / направлен в сторону тока через конденсатор, поскольку величина его больше: 1.35 А против 1.2 А. Ясно ли теперь, почему эксперимент в начале нашего урока привел к столь странным на первый взгляд результатам?

Учащийся: Теперь понятно. Ток до разветвления мал, потому что он равен не сумме, а разности токов в ветвях.

438

Преподаватель: Теперь подумаем, нельзя ли добиться равенства токов в ветвях. Как это сделать?

На этот вопрос нередко трудно получите ответ без дополнительных разъяснений. Можно поэтому предложить учащимся еще такой вопрос-подсказку.

Преподаватель: Как определить величины токов в ветвях? Учащийся: Следуя закону Ома.

Преподаватель: И каков же характер зависимости этих токов от частоты при неизменном напряжении и ?.

Учащийся: С ростом частоты ток через конденсатор увеличивается, а через катушку - уменьшается.

Преподаватель: Значит, можно изменить частоту таким образом, чтобы добиться равенства токов. Как это сделать в нашем эксперименте?

Учащийся: Ток через конденсатор больше тока через катушку индуктивности. Поэтому частоту переменного тока следует уменьшить.

Преподаватель: Попробуйте сделать это, вращая ручку «частота» генератора и одновременно наблюдая за показаниями приборов.

Учащийся: (Регулирует ручку «частота»). Вот теперь токи равны ^ = 1 25 'Л и с ~ ' ' , а ток в общей цепи стал еще меньше

Преподаватель: Наблюдаемые нами явления в цепи переменного тока с параллельным соединением катушки индуктивности и конденсатора носят название резонанса токов. А теперь выясним, какой вид примет векторная диаграмма цепи в режиме резонанса токов.

439

Учащийся: Токи в ветвях равны по величине и противоположны по направлению, поэтому ток до разветвления должен быть равен нулю.

Преподаватель: А в нашем опыте ток хоть и уменьшился, все же не достиг нуля, он равен 20мАм В чем же дело? Не подскажет ли нам решение аналогия с резонансом напряжения?

Учащийся: При резонансе напряжений полное напряжение было равно напряжению на активном сопротивлении. Если бы не было активного сопротивления, оно оказалось бы равным нулю.

Преподаватель: Но это случай идеальный. Точно таким же следует считать и случай параллельного соединения «чистой» индуктивности и «чистой» емкости.

Учащийся: На самом же деле катушка индуктивности содержит еще и активное сопротивление; это сопротивление провода, из которого катушка навита.

Преподаватель: Предположим, что активное сопротивление включено только в индуктивную ветвь. Действительно, активное сопротивление катушки заметно превышает активное сопротивление конденсатора. Как при этом будет выглядеть векторная диаграмма?

Учащийся: Теперь ток через катушку отстает от напряжения на угол, меньший чем 90°.

Преподаватель: Верно. И векторная диаграмма при резонансе тока примет следующий вид (рис. 10.3). Общий ток теперь определяется как диагональ параллелограмма, как геометрическая сумма ix и /г . Он минимален при резонансе, но не равен нулю. Этот ток совпадает по фазе с напряжением и. Частота, при которой токи в ветвях равны по величине, называется резонансной частотой («„).

Формула для резонансной частоты может быть найдена следующим образом:

440

тока конденсатор получит некоторый заряд, некоторое количество электрической энергии; при разряде конденсатора через катушку энергия электрического поля переходит в энергию магнитного поля, после этого вновь начнется заряд конденсатора и цикл повторяется. В этом случае переход энергии будет продолжаться бесконечно долго и никакой энергии от внешнего источника не требуется. Ведь потери энергии, необратимый ее переход связаны с наличием активного сопротивления, а его то в идеальной цепи нет. Следовательно, пополнение энергии, а значит, и ток в неразветвленной части цепи отсутствуют. Если ток равен нулю, то сопротивление цепи току следует считать бесконечно большим. Но такие цепи можно представить лишь теоретически. Катушка и в меньшей степени конденсатор всегда поглощают энергию за счет наличия активного сопротивления. Вот почему для существования тока необходимо пополнять запасы энергии, и ток в неразветвленной цепи не равен нулю. Чем большими будут потери энергии, тем больше сила тока в этой цепи.

В одной научно-популярной книге приводится в этой связи такая аналогия: если кастрюля на газовой плите отдает мало теплоты в окружающее пространство, то воду можно поддерживать в кипящем состоянии с помощью очень маленького огня (случай цепи с малым активным сопротивлением, в которой колебания тока поддерживаются подачей малого количества энергии от генератора). Но если кастрюля теряет много теплоты, например, из-за большой поверхности охлаждения, то для поддержания воды в состоянии кипения необходимо большое пламя. Этот случай аналогичен цепи с большим активным сопротивлением и значительными потерями энергии.

Ход беседы свидетельствует, что весь материал урока предстает перед учащимися как система проблемных ситуаций,

442