В работе излагаются педагогические преимущества проведения занятий с использованием исторических экскурсов, вместе с проблемными материалами по выбранной специальности.
Ключевые слова: число Рейнольдса, «ползущих» течений, каток-фреза, капиллярная трубка, жидкость, вязкость.
Развитие научных понятий и интереса студентов к их будущей профессии — важный участок деятельности педагогического коллектива института. Осуществляется это развитие обычно в двух направлениях.
С одной стороны, обязательно проведение мероприятий общеобразовательного и воспитательного характера: экскурсии на производство, посещение музеев, чтение литературы, написание рефератов и др. Такие мероприятия развивают интерес студентов к будущей профессии, расширяют, уточняют и конкретизируют представление о ней, подтверждают важность и необходимость теоретической подготовки, приобретаемой в институте.
С другой — на занятиях по общеобразовательным, общетехническим и специальным учебным предметам студенты должны убеждаться в том, что лишь овладение целой группой разнообразных знаний, умений, навыков позволит им в дальнейшем быт готовыми к плодотворной педагогической деятельности. В этом одна из важнейших обязанностей каждого преподавателя института.
Процесс подготовки конкретно к данному занятию начинается с раздумий преподавателя: как правильно построить занятие, выбрать метод обучения, подобрать ТСО, дидактические материалы, как всесторонне учесть особенности, интересы и возможности данного коллектива студентов, как верно определить направленность познавательной деятельности студентов на занятии, виды самостоятельной работы, как рациональнее выбрать методы контроля за учебной деятельностью студентов и т. д.
Физика, о которой пойдет здесь речь, наука трудная, но чрезвычайно интересная. Для преподавателя физики предоставляется много возможностей использовать на лекционных занятиях проблемные ситуации. Но сразу же оговоримся: в чистом виде постановка проблемных ситуаций не всегда целесообразна. Поэтому при объяснении многих тем курса целесообразно применять метод экспресс-информации с историческими экскурсами и элементами проблемности. Например, при изложении темы «Движение тела в жидкости» после объяснения безразмерного числа Rе называемого числом Рейнольдса, у студентов создается правильное научное понимание его исключительно важной роли в гидро- и аэродинамике при определении величины сопротивления.
Так для «ползущих» течений, когда Rе < 1, можно пренебречь силами давления и учитывать только силы трения.
Кроме того, преподаватель даёт информацию о втором важном значении безразмерной величины, открытой 0. Рейнольдсом; от нее и зависит движение вязких жидкостей в трубах. Если число Рейнольдса меньше 2300, течение всегда ламинарное, а если больше 6000, то течение всегда турбулентное. Если число Рейнольдса лежит в интервале 2300…6000, течение неустойчивое.
При объяснении преподаватель должен обратить внимание учащихся на историю открытия Рейнольдса, который не только разрешил наболевшую гидравлическую проблему, но и сделал открытие, оказавшееся также ключевым для решения основной проблемы гидро- и аэродинамики на всем протяжении ее существования — речь идет о разгадке тайны лобового сопротивления цилиндра и шара. Преподаватель приводит следушую фразу в разговоре об истории открытия Рейнольдса:
«Французский врач Ж.Пуазейль (1799–1869) изучал движение крови в венах и капиллярных сосудах и установил, что сопротивление жидкости, текущей в трубе, прямо пропорционально вязкости η и скорости v и обратно пропорционально квадрату диаметра трубы: D-R∞·
.
А уроженец Дижона А.Дарси (1803–1858) в своих опытах доказал, что сопротивление прямо пропорционально квадрату скорости и обратно пропорционально диаметру трубы:
D-R∞·
Устранить расхождение между формулами оказалось не так-то просто. С одной стороны, добросовестнейшие экспериментаторы англичанин Дж. Стокс, швейцарец Э.Гагенбах, немец Ф.Нейман снова и снова получали доказательства того, что прав Пуазейль, с другой не менее добросовестные исследователи англичанин Дж. Ранкин, немцы Ф.Грасгоф и О.Майер добывали столь же неопровержимые подтверждения тому, что прав Дарси. Особенно драматичным оказалось положение Гагенбаха. Экспериментируя с капиллярными трубками, он убеждается: прав он и Пуайзель, а экспериментируя с водопроводными трубами, приходил к иному выводу: прав он и Дарси… Вот какой напряженной конфронтации достигли к 1880 году исследователи.
Взявшись за решение этого вопроса, Н. П. Петров ясно указал на существование двух различных режимов течения жидкостей в трубе, далее его называли ламинарное и турбулентное. Это наблюдение Петрова стало ключевой идеей в замечательных открытиях английского гидродинамика О.Рейнольдса.
Именно он выяснил, почему получилась столь разительные расхождения в опытах Гагенбаха — Пуазейля и Дарси. Первые проводили свои измерения в капиллярных трубках. В их опытах число Рейнольдса было меньше 2300, и выведенная ими формула оказалась справедливой лишь при ламинарных течениях. Дарси же проводил свои эксперименты над течениями, для которых число Рейнольдса было больше 6000, и его формула справедлива для турбулентных течений…
После этой фразы преподаватель показывает фотографию О.Рейнольдса и плакат (рис.1), на котором изображено изменение течения подкрашенной струйки жидкости в воде по мере увеличения числа Рейнольдса, в данном случае — скорости движения.
Рис. 1. Фотография О.Рейнольдса
Такое использование на уроках исторических фактов способствует успешному решению обсуждаемой проблемы. По словам П.Ланжевена, ничто так не способствует общему развитию и формированию детского сознания, как знакомство с историей человеческих усилий в области науки, отраженной в жизнеописаниях великих ученых прошлого и постепенной эволюции идей. Рассмотрение крупнейших научных и технических открытий в их становлении, развитии и свершении, показ творческой лаборатории ученого и изобретателя, знакомство студентов с примерами беззаветного служения науке и своему предмету приводит к глубокому пониманию ее фундаментальных идей и воспитывает лучшие качества человеческой души. Воспитание станет по-настоящему действенным, если о высших взлетах человеческой мысли и практики мы будем беседовать с учащимися в яркой и образной форме, не боясь высокого слога, привлекая для этой цели и прозу, и поэзию.
После рассказа таких исторических данных по изучаемой теме целесообразно ставить проблему по выбранной специальности. Например, для специальности «Общетехнические дисциплины с дополнительной специальностью механизация сельского хозяйстве» в качестве такого примера можно привести статью из труда УзНИИРиса (Ташкент, 1984, о.61–65) «Взаимодействие катка-фрезы с водой на рисовых чеках, залитых водой», в которой сообщается, что каток-фреза при работе перемещается в водной среде, при этом во время взаимодействия возникают силы внутреннего трения F и давления Р (рис.2).
Рис. 2. Схема технологического процесса уничтожения сорняков
Используя схемы технологического процесса работы катка-фрезы, преподаватель ставит перед студентами вопрос: при заданных условиях
η=0,106·10–2 Па С η-вязкость
R=0,19 м R-радиус барабана
ρ=1 мг/м3=1000кг/м3 ρ-плотность воды
v=2 м/с v-скорость движения агрегата
Какими силами можно пренебречь?
Конечно, было бы лучше всего, если бы каждый студент пришел к решению поставленной преподавателем проблемы самостоятельно. Но предоставлять студентам на лекционных занятиях полную свободу действий в решении проблемы вряд ли целесообразно: в силу своих индивидуальных способностей они решают задачи за различное время, что усложнило бы рациональное управление учебным процессом на лекции.
Поэтому наиболее целесообразным на лекционных ванятиях является решение поставленной задачи — проблемы вместе со студентами.
Преподаватель, производя соответствуюший расчет на доске, определяет число Рейнольдса.
Re =
Поскольку Re=36190>1 и силой трения можно пренебречь, следует учитывать только силы давления. Значит, при работе катка-фрезы сила реакции воды R зависит, плавным образом, от давления. В результате такого коллективного поиска под руководством преподавателя студенты приходят к нужному выводу.
Кроме того, используемые на уроках новые данные о развитии науки и техники, расчеты и схемы технологических процессов, статьи по выбранной специальности повышают у студентов интерес к изучаемому материалу, пробуждают у них живую мысль, захватывают их воображение, способствуют развитию таких ценных свойства личности, как целеустремленность, пытливость, настойчивость и трудолюбие, критичность и гибкость мысли. Весь этот материал связывает полученные знания по физике с практической деятельностью студентов в области сельскохозяйственной техники и в конечном счете по выбранной специальности.
Таким образом, педагогические преимущества комплексного подхода при проведении занятий, например-иллюстративного изложения знаний с использованием исторических экскурсов и экспресс-информации вместе с проблемными материалами, заключаются в следующем:
использование на уроках таких исторических элементов по изучаемой теме всегда более эмоционально, а потому повышает интерес студентов к излагаемому материалу:
оно делает изложение более доказательным, а знания — осознанными и тем способствует превращении знаний в убеждения;
проблемное изложение учит мыслить диалектически, дает студентам направление научного поиска:
оно также позволяет студентам выйти за рамки учебника, познакомиться с конкретными задачами, которые студентам предстоит решать в реальных условиях в своей будущей педагогической деятельности.
Литература:
- Смирнов. Г. Рожденные вихрем. Москва «Знание», 1982;
- Тагаев Х. Взаимодействие катка-фрезы с водой на рисовых чеках, залитых водой. Сборник научных трудов Уз НИИРиса, Ташкент 1984 г;
- Емцов Б.Т Техническая гидромеханика. Москва «Машиностроение» 1978 г;
- Тагаев Х. Механический способ уничтожения тростника обыкновенного в рисовых чеках. Материалы Международной конференции, часть 2 Ташкент-2007 г;
- Тагаев Х. А. С. СССР SU 1063301 А 01 В39/18 1-сентября 1982 г. «Устройство для уничтожения сорняков».
- Кошкин Н. И. Справочник по элементарной физике. Москва «Наука» 1982, с.81–82.
