ТВОРЧЕСКИЙ ОТЧЕТ ПО ТЕМЕ :
“ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ТРИЗ (ТЕОРИИ РЕШЕНИЯ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИХ ЗАДАЧ) В РАСШИРЕННОМ КУРСЕ ФИЗИКИ”. Г. Петрозаводск, 2000 г.Введение Психолого–педагогическое обоснование темы Описание собственного педагогического опыта Заключение Список использованной литературы Приложения
Физика – одна из фундаментальных наук, описывающих закономерности мироздания. Она сложна и многогранна, логична и системна в своём построении, вся насквозь пронизана нитями взаимосвязей и общностей. И при этом она неустанно развивается, вскрывая новые законы и тайны природы.
Как педагогу, призванному научить детей физике, подступиться к описанию такого динамичного колосса? Как не испугаться масштабности воспроизводимой картины и всё же сделать шаг навстречу – шаг познания, шаг открытия тайн великой науки?
Наверняка можно, изучая что-то, рассматривать свой предмет изучения издалека. Тогда и знания тоже будут проходящими и поверхностными: прошли – и забыли. Но есть и другой – активный путь познания, когда все его участники вовлечены в водоворот изучаемых событий и процессов, когда кем-то сделанное открытие вновь “переоткрывается”, опираясь на свой собственный опыт, когда все поглощены общей проблемой и стараются, во чтобы-то ни стало, её решить.
Активное познание, сопряженное с творческой деятельностью – вот направление, которое надо выбирать, собираясь покорять вершины и пики фундаментальных наук.
Как стать учителю сильным, растущим, не боящимся каверзных вопросов и тупиковых, на первый взгляд, задач? Как увлечь за собой учеников? Как сделать процесс обучения одинаково интересным и полезным для обеих сторон?
На мой взгляд, только совместное творчество на поле учебной деятельности способно коренным образом видоизменить всё и вся, превратив рутину в интерес, слабость в силу, созерцание в умственную работу, негативное или “нулевое” отношение – в восторг. Я полностью согласна с утверждением Джанни Родари: “…мы будем развивать творческое начало у всех, чтобы мир не оставался таким как он есть, преобразовывался”.[8]
Я отыскала истоки собственного творчества, открыв для себя ТРИЗ (теорию решения изобретательских задач) на обучающем семинаре А.А.Гина и став преподавателем курса РТВ (развития творческого воображения) по программам А.А.Нестеренко для начальной школы. Теперь мне хочется идти дальше, осваивая новыми методами и средствами необъятные просторы физической науки. Однако, это сделать гораздо сложнее, здесь необходимо действовать с оглядкой и страховкой, придерживаясь принципа – не навреди.
Физика как система понятий, закономерностей, теорий и методов исследования выстраивалась и выверялась веками. Поэтому перестраивать содержание физического образования, взяв за основу проблемный подход, - слишком большая ответственность, хотя в последнее время такие попытки физиками предпринимаются (Л.Камин, А.Гин). Оценив ресурсы, мы пошли другим путем: на прежнем содержании попытались применить новую технологию творчества ТРИЗ.
Тема моей работы: “Использование элементов ТРИЗ в расширенном курсе физики”, проводимой в рамках педагогического эксперимента на базе гимназии №30 г.Петрозаводска “Использование элементов ТРИЗ в образовательных программах средней школы с целью развития творческих способностей учащихся” (научный руководитель - академик АПО, доктор педагогических наук, профессор МГИУ М.М. Зиновкина).
Целью своей работы считаю развитие креативности учащихся и усиление мотивации обучения физики.
Эта цель не нова, она была актуальна во все времена и созвучна совету великого педагога и мыслителя Жана Жака Руссо: “Немало хлопочут найти лучшие методы для обучения…Но есть средство более верное, чем всё это, средство о котором всегда забывают: это – желание учиться. Внушите ребёнку это желание и затем… - всякая методика будет хороша для него.” [9]
2. ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕМЫ.
В настоящее время вся система школьного образования, в том числе и физического, подвергается существенной реорганизации. Учебно-воспитательный процесс ориентируют на удовлетворение потребностей, интересов и способностей школьников. Значение физики в школьном образовании определяется ролью физической науки в жизни современного общества, её влиянием на темпы развития научно-технического процесса, в основе которого лежат новые изобретения, технологии, отрасли знания.Однако знания, получаемые школьниками, все время оказываются устаревшими, поскольку изучаются открытия, сделанные более 100 лет назад и переложенные на современный язык. Возникает необходимость приспособления “старых” знаний под меняющиеся требования сегодняшнего дня. Значит параллельно с изложением интеллектуального наследия вчерашнего дня надо давать в руки школьнику инструмент, способный преобразовывать “старые” знания в новые формы, приемлемые для использования на практике сегодня. Выйдя из стен школы, выпускник должен быть готов к решению целого ряда проблем в области современной техники и технологий.
Одним из способов преобразования знания служит творчество. Творчество – это деятельность, результатом которой является создание новых материальных и духовных ценностей. В отличие от художественного, технического и других видов результатом научного творчества являются новые знания о мире. Магистральным, хотя и далеко не единственным, путём реализации креативного принципа в обучении, то есть максимальной ориентации на творческое начало в учебной деятельности школьников, является проблемное обучение, обеспечивающее творческое усвоение знаний. [1]
Психолого-педагогические исследования в области творчества, творческого мышления и проблемного обучения (А.В.Брушлинский, И.А.Ильницкий, В.Т.Кудрявцев и др.) позволили разработать общую технологию проблемного обучения, применимую на разных ступенях образовательной системы.
Процесс творческой деятельности, согласно концепции проблемного обучения, включает четыре основных этапа: постановку проблемы, поиск решения, выражение решения и реализацию продукта. Технология проблемного обучения подразумевает создание проблемной ситуации, осознание её противоречия и формулировку проблемы. В дальнейшем строится совместная работа учителя и обучаемых, в основе которой положены проблемно-диалогические методы, обеспечивающие понимание учащимися вводимых знаний.
Создание проблемной ситуации в учебном процессе ставит учащихся в активную позицию. Это способствует формированию у них, так называемой поисковой активности, и мотивации учебной деятельности. [2]
Психологами замечено, что поисковая активность существенно повышает общий жизненный тонус индивидуумов. При этом с биологической точки зрения не важно, в какой области будет проявлять человек свою поисковую активность – в науке, в технике, в литературе и т.д., важно, чтобы эта активность вообще присутствовала и была развита до творческого уровня. Творчество в любой области деятельности, но особенно в изобретательстве, представляет наиболее мощный и неиссякаемый источник положительных эмоций.
Учитывая все достоинства технологии проблемного обучения, нельзя не указать на её существенный недостаток – отсутствие разработанного алгоритма разрешения проблемных ситуаций. В рамках данной технологии просматриваются только приёмы вывода из проблемных ситуаций.
Если задаться вопросом, – а есть ли область знания, предметом изучения которой является сама проблема или проблемная ситуация, то ответом на него будет - ТРИЗ (теория решения изобретательских задач).
ТРИЗ – это наука о законах развития систем и об использовании этих законов при решении изобретательских (проблемных) задач, созданная Г.С.Альтшуллером более пятидесяти лет тому назад. Возникшая первоначально как наука о технических изобретениях, ТРИЗ в настоящее время, благодаря ряду исследований, позволяет решать проблемы также в художественной, естественно-научной, методической и других областях человеческой деятельности. [3]
Производство материальных благ требует в первую очередь производство новых идей. Именно поэтому сегодня ТРИЗ изучают во многих сотнях школ России, в том числе и в школах г.Петрозаводска.
В начале 20 века французский психолог Теодюль Арман Рибо установил, что способность к фантазированию, к творчеству, воображению с возрастом человека сначала растёт, достигая максимума примерно в 17 лет, а потом неуклонно падает в течение всей оставшейся жизни. А в наше время в результате акселерации максимум сдвинулся на возраст до 12-14 лет. При этом падение творческих способностей вовсе не обязательный физиологический процесс, а результат плохой методологии обучения. Снижение творческого потенциала в детском возрасте можно не только остановить, а превратить в стремительный взлёт, если использовать теорию изобретательства, входящие в неё элементы развития творческой личности в преподавании учебных дисциплин. [4]
ТРИЗ-педагогика как научное и педагогическое направление сформировалось в нашей стране в конце 80-х годов. В её основу, прежде всего, была положена теория решения изобретательских задач отечественной школы Г.С. Альтшуллера.
ТРИЗ-педагогика ставит целью формирование сильного мышления и воспитания творческой личности, подготовленной к решению сложных проблем в различных областях деятельности. Её отличие от известных средств проблемного обучения – в использовании мирового опыта, накопленного в области создания методов решения изобретательских задач. Конечно, этот опыт переработан и согласован с целями педагогики.
Под методами решения изобретательских задач, прежде всего, подразумеваются приёмы и алгоритмы, разработанные в рамках ТРИЗ, а также такие зарубежные методы как мозговой штурм, синектика, морфологический анализ, метод фокальных объектов и их разновидности.
Для развития творческих навыков ТРИЗ-педагогами накоплен большой фонд учебных изобретательских и исследовательских задач в таких областях как физика, биология, экология, техника и бизнес.
Особое место занимает курс развития творческого воображения (РТВ), предназначенный для преодоления стереотипов решателя, выработки умения работать с нетривиальными идеями. [5]
Целью обучения ТРИЗ школьников является развитие воображения. А также системного, диалектического мышления и креативности учащихся, формирование качеств творческой личности. [3]
Поскольку за ТРИЗ стоит определённая идеология воспитания творческой личности, процесс обучения должен быть нацелен на общение или взаимодействие с проблемными задачами:
-ребёнок должен уметь видеть
-психологически готов решать
-и способен решать проблемные задачи.
Физика и изобретательство – много ли общих точек соприкосновения этих областей знания?
В основе ТРИЗ лежит постулат о том, что техника развивается по определенным законам и что эти законы надо выявлять и использовать для дальнейшего развития самой техники.[6] Сама теория изобретательства была построена на основе анализа патентного фонда изобретений.
Среди инструментов, необходимых изобретателю, огромную роль играет физика. Любое изобретение – это техническое решение конкретной проблемной ситуации, полученное в результате применения определенного физического знания или построенное на физическом эффекте.
Целая плеяда великих ученых-физиков, таких как Галилео Галилей, Альберт Эйнштейн, П.Л.Капица и др., способствовала сближению науки и техники. Технические изобретения помогали развивать физику, а знания физических законов – совершенствовать технику. Физическая наука в ответе за развитие технических систем, обеспечивающих движение вперёд в рамках любой области естественно-научного цикла.
Поэтому сегодня, преподавая физику, нельзя отделять эти две взаимно обогащающие друг друга области.
Физика как наука строилась на протяжении достаточно длительного времени, и многие её вопросы, например строение атома, зарождение квантовой теории, взгляды на природу света и др., исторически излагаются на стыке различных, порой противоположных гипотез. Это делает курс физики уже изначально проблематизированным. Помимо этого теория физики достаточно глубоко касается вопросов изобретательства как конкретных применений физических знаний.
Общность предметной деятельности: изучение технических систем и наличие проблемных задач – налицо. Это позволяет использовать элементы ТРИЗ при изложении учебного материала, а именно, при формулировании противоречия, заложенного в проблемной ситуации.
Проблемная подача учебного материала должным образом отстраивает мотивацию учебной деятельности, и ребёнок четко представляет, для чего ему необходимо новое знание. А это определяет единство конечных целей и задач обучения физике и ТРИЗ.
В задачи обучения физики входят:
развитие мышления учащихся, формирование у них умений самостоятельно приобретать и применять знания, наблюдать и объяснять физические явления;
овладение знаниями об экспериментальных фактах, понятиях, законах, теориях, методах физической науки; о современной научной картине мира; о широких возможностях применения физических законов в технике и технологии;
усвоение школьниками идей единства строения материи и неисчерпаемости процесса её познания, понимание роли практики в познании, физических явлений и законов;
формирование познавательного интереса к физике и технике, развитие творческих способностей, осознанных мотивов учения; подготовка к продолжению образования и сознательному выбору профессии.[7]
Таким образом, цели и задачи обучения физике и ТРИЗ школьников, а также их предметные области перекрываются, поэтому целесообразно дополнять школьный курс физики элементами базового курса ТРИЗ.
3. ОПИСАНИЕ СОБСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО ОПЫТА.
Моя педагогическая деятельность по указанной тематике проводится в рамках эксперимента “Использование элементов ТРИЗ в образовательных программах средней школы с целью развития творческих способностей учащихся” под руководством академика АПН, доктора педагогических наук, профессора МГИУ М.М.Зиновкиной. Эксперимент в гимназии№30, построенный в русле идей НФТМ (Непрерывного Формирования Творческого Мышления – М.М.Зиновкина) отличается межпредметной направленностью введения элементов ТРИЗ [3].
У учащихся нынешнего 10 “Ц” класса на протяжении 9 лет преподавались такие дисциплины как РТВ и ТРИЗ, начиная с 5 класса, в разряд экспериментальных предметов попали: литература, затем МХК, биология и, наконец, физика.
Для 7 и 8 классов были разработаны факультативные курсы “Физика + ТРИЗ” с сеткой часов 34 ч в год, в которых была сделана попытка переложения понятийного аппарата и инструментария ТРИЗ на материал, изучаемый в курсе физики. Начиная с 9 класса, программа основного курса физики преобразовалась в расширенный курс с сеткой часов 102 ч в год, дополненный элементами ТРИЗ.
Целью изучения расширенного курса физики является:
развитие системного диалектического подхода к изучению физических процессов и явлений;
повышение мотивации изучения курса через изучение отдельных тем изобретательской физики;
формирование у учащихся умений осознанно оперировать ассоциативными и математическими моделями физических процессов и явлений.
В базовую программу по физике для 9 класса были дополнительно внесены вопросы, касающиеся:
-структуры системного описания физических понятий, явления, закона, прибора;
-изобретательского применения некоторых физических явлений и эффектов;
-сбора информационного фонда в виде информационных тематических копилок;
Наряду с этим проводился творческий практикум по синтезу задач на законы Ньютона и был реализован проект “Физические эффекты в изобретательстве”.
Использование понятийного аппарата и инструментария ТРИЗ в учебной деятельности подразумевает некоторые особенности в её организации.
Необходимо отметить, что сбору информационного фонда отводится не менее важная роль, чем наблюдению и физическому эксперименту.
Соблюдается определенная технология работы с информационным фондом:
-получение первичной информации (сбор копилок);
-их обработка и классификация;
-создание модели описания;
-проверка этой модели для описания более широкого круга объектов;
-анализ возможных противоречий с исходной моделью;
-разрешение возникшего противоречия;
-получение новой, более совершенной модели описания объектов.
Такая технология исследования информационного фонда согласуется с диалектическим методом познания: “От простого созерцания к абстрактному мышлению, а от него к практике…”.
Системный подход изучения объектов основан на определенных моделях, таких как системный лифт, морфологическая таблица и др.
Проблемные задачи формулируются в форме противоречия и ориентированы на линию идеальности. Для описания моделей объектов и взаимодействию между ними используется аппарат вепольного анализа.
Автором предложена реализация программ факультативных курсов “Физика + ТРИЗ” для 7 и 8 классов и расширенного курса для 9 класса, где описаны методические приёмы с сопровождающими комментариями, позволяющие использовать некоторые элементы ТРИЗ в преподавании физики.
Тема | Цель | Вид работы | Комментарии | Рекомендации |
1.
Физическая величина
2. Измерение физической величины |
Получить
общую модель рассмотрения физических понятий
Уточнить детали модели описания физических понятий на линии физ.величина – значение физ.величины |
1.
Сравнение моделей описания объектов в физике и
РТВ; а) объектѕ ® признак ѕ ® значение признака ; б) физ. Тело ѕ ® признак физ.тела ѕ ® количеств.мера выраженности признака; в) физ.телоѕ ® физ.величина ѕ ® значение физ.величины 2. Отработка модели описания в тренингах. 1. Сбор копилки признаков объекта. 2. Выяснение, какие физ.величины позволяют оценить меру выраженности признака. 3. Выяснения алгоритма измерения. 4. Согласование между меркой и измеряемой физ.величиной. 5. Обсуждение вопроса: “Хорошо ли иметь много различных мерок?” 6. Понятие эталона единицы измерения и анализ его свойств (на примере эталона длины). |
Сравнение можно начать с предметов изучения физики и РТВ: если в физике предметом изучения являются только объекты неживой природы, то предметная область РТВ – любой объект. Следовательно, если модель применима к описанию более широкого круга объектов, то она ,тем более, должна “работать” с ограниченной предметной областью.Выбор объекта исследования произвольный. Важным является лишь переход от признаков объекта, например, таких как тяжелый, большой, скользкий к физ.величинам – массе, длине, коэффициенту трения, и последующий способ их измерения. Выясняя алгоритм измерения, необходимо всякий раз подчеркивать, что мы производим сравнение значения признака со значением этого же признака у выбранного нами объекта (эталона). При работе по п. 5 целесообразно выяснить существовавшие ранее меры длины и массы и возможность выбора идеальной мерки. Здесь же нужно определить критерии идеальной мерки, (эталонный объект не должен изменяться со временем, быть доступным в измерении, мера должна быть удобна для пользования человеком). | На
уроках РТВ вводятся понятия объекта, признака и
значения признака и тренингами отрабатывается
эта модель рассмотрения объекта, например: Шар ® цвет® красный;По аналогичной схеме можно описывать физ.тела, например: Газ ® давление® 10000 Па;Очень важным является вопрос о систематизации единиц измерения физических величин и в-ыборе эталонов основных единиц измерения. Обсуждение этого вопроса в самом начале изучения курса физики позволит в дальнейшем избежать непонимания со стороны учащихся необходимости перевода единиц в систему СИ. Желательно, чтобы учащиеся подготовили сообщения об эталонах длины и массы, условиях их хранения и контроля. |
3. Физический прибор | Получить общую схему описания физического прибора. | 1. Сбор
копилки измерительных приборов. 2. Описание физического прибора в модели воздействие на входе -->физич. приборв --> воздействие на выходе Например: Нагревание --> термометр --> движение столбика ртути 3. Выяснение роли физического прибора в исследовании физических процессов (роль посредника, не вносящего изменения в контролируемый процесс). 4. Построение вепольных схем измерительных приборов. Например: П тепл В1 <--------------- В 2ПМЕХ Вепольная схема термометра, где В 1 – стеклянная трубкаВ2 – ртуть трубка П – тепловое поле Пмех - механическое поле |
Анализ содержания копилки измерительных приборов с позиции преобразований показал, что выбранная модель описания позволяет рассматривать измерительных прибор как преобразователь любых воздействий в информационные (чаще визуальные), которые могут быть обнаружены человеком.
Вепольная схема измерительного прибора – это графическая модель технической системы в зоне, где происходят взаимодействия. Пояснение вепольной схемы термометра: за счёт теплового поля нагревается стеклянная трубка с ртутью, что сопровождается объёмным расширением и подъёмом столбика ртути; смещение ртути в трубке сигнализирует о произошедшем изменении температуры. |
В
рамках этой темы уместно обсудить вопрос об
идеальном физическом приборе, которого нет, а
функция его выполняется. Задача 1. Как в 16 веке Галилею удалось измерять время падения металлических шаров с башни без секундомера? [ В качестве секундомера использовал удары собственного пульса.] Полезно решить задачу на измерение с ограниченным ресурсом. Задача 2. Как определить диаметр тонкой проволоки, имея только карандаш и лист бумаги в клетку? Поскольку вепольный анализ (ВА) является действенным инструментом в изобретательстве, то имеет смысл строить простейшие вепольные схемы при решении задач на изменение. Задача3. Как определить направление движения холодной воды в закрытом стальном трубопроводе? |
4. Физическое тело. Физическое явление. | Получить модель описания физического тела и физического явления | 1. Сбор копилки физических явлений. 2. Выяснение аналогии между понятиями событие и физическое явление. 3. Анализ модели описания события и её перенос на описание физ.явлений. воздействие было ---------------> стало 4. Отработка данной модели описания физ.явлений разных видов. Объект |первонач.состояние|воздействие|конечное состояние шар | покой | удар |движение c постоян. | cкоростью 5. Построение "системного лифта" физического тела. |Тело в окружении | | надсистема| |физическое тело | | система | | молекулы | | подсистема | | (атомы, ионы ) | 6. Наблюдение события и фиксация происходящих наблюдений на разных этажах "системного лифта". 7. Построение вепольной схемы физического явления. Например, вепольная схема деформации губки . П грав В 1------------ В2гиря губка Пмех |
1 – 2. В РТВ изменение, происходящее с объектом, называют событием. В физике – изменения, происходящие с физ.телами, называют явлениями. 3 – 4. Если модель описания события совместить с системным лифтом, то, по сути, получим многоэкранную схему или системный оператор. Непосредственно применить системный оператор к описанию физических явлений достаточно сложно, а в такой интерпретации модель работает. 5 - 6. В физике, описывая явление важно знать, какие изменения происходят с физическим телом на разных “ этажах” системного лифта. В зависимости от изучаемой темы системные уровни могут быть выбраны по-разному: а) при изучении давления газа на стенку сосуда в качестве надсистемы будет выступать сосуд с газом; б) при изучении диффузии газов надсистемой будет являться смесь газов; 7. Вепольная схема призвана вскрыть механизм взаимодействия и происходящие при этом преобразования энергии. Если применить методику описания события и задать вопросы: “Для чего…?” и “Почему…?”, то можно выяснить цель и причину происходящего события. Например, описывая деформацию, зададим вопросы: -Для чего гирю ставят на губку? -Почему гиря изменяет свою форму? Ответами будут утверждения: -Гирю ставят на губку для получения 0деформации, т.е. механического воздействия на выходе. -Губка изменяет свою форму под тяжестью гири, т.е. причиной является входящее гравитационное воздействие. |
Работая
над моделью описания физического явления
уместно обсудить вопрос о необходимости
открытия всех трех экранов в системном лифте,
предварительно выяснив, что теряется в описании,
если проводить рассмотрение явления только на
уровне системы. Системный лифт, построенный при объяснении нового материала и дополненный определением явления, может служить основой опорного конспекта. Набрав статистику описаний явлений в модели системного лифта, можно обнаружить, что причины происходящего явления чаще всего выявляются на уровне подсистемы (микроуровне).
Вепольное описание события (или физического явления) позволяет отследить цепочку причинно-следственной связи на уровне взаимодействия двух тел |
5. Поля
в физике и технике. а) физические поля
б) технические поля
|
Получить модель описания физических и технических полей. | 1. Сбор копилки проявлений физических полей. Гравит. Поле | Эл.маг. поле | Сильное ядерное | Слабое поле падение тел | притяж к магн.| взрыв ат.бомбы | превращен. прит. планет | протек. эл.тока| целостность ядра|b-распад протона элем.ч-ц;
2. Построение системного лифта физических полей. МЕГА-мир тело в |_ 10 6 м гравитац.взаимодействиеокружении взаимодейств. тел МАКРО-Мир физ. тело )__ _101 м МИКРО-мир молекулы _ 10 -10 м электромагнитное (для заряж.тел и фотона)сильное взаимодействие | ядро _10 –15 мслабое взаимодействие элемент. частицы _10 –18 м для всех элементарных частиц, кроме фотона;3. Сбор копилки видов энергии на основе анализа преобразований энергии в технических системах. а) учащимся предлагается провести анализ известных технических устройств по следующей схеме: энергия_на входе___преобразователь__энергия на выходе Например: электрич.энергия ---- лампа ------ световая энергия 4. Выбор технических полей наиболее часто встречающихся в изобретательстве; ( с выходом на МАТХЭМ ). 5. Заполнение содержания технических полей физическими явлениями и эффектами. Механическое поле: падение воды, давление, инерция, проявление упругих свойств, притяжение предметов Землей и т.д. А кустическое поле: распространение звуковых волн, любые колебания, явление резонанса и т.д.Т епловое поле: нагревание (охлаждение), все фазовые переходы 1 рода (плавление-кристаллизация, испарение-конденсация.Х имическое поле: горение, электролиз.Э лектромагнитное поле: протекание тока по проводнику, электростатическое взаимодействие, намагничивание веществ в магнитном поле, взаимодействие токов и т.д. |
1. Понятие поля в ТРИЗ условно расширено. Оно включает в себя не только “законные” физические поля – электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое, но и всевозможные технические поля – механическое, инерционное, тепловое, акустическое, запаховое и т.д. [2]. 2. В основу классификации физических полей положена природа взаимодействия: -гравитационное взаимодействие присуще всем материальным объектам, но наиболее важную роль играет в мегамире и осуществляется посредством гравитационного поля; -электромагнитное взаимодействие ответственно за подавляющее большинство макроскопических свойств тела и существование атомов; -сильное взаимодействие является короткодействующим и проявляется на очень малых расстояниях; 3. Впервые с понятием технического поля учащиеся встречаются в теме: “Вепольный анализ”, когда при описании вепольной схемы дается расшифровка, что В 1 – инструмент (осуществляющий активное действие), В2 – изделие (объект, на который направлено действие) а П – это поле, то есть тот или иной вид энергии для работы инструмента.На данном этапе работы необходимо более детально представить, что из себя представляет техническое поле. 4. Способ выявления технических полей через копилку и анализ преобразователей энергии наиболее уместен, поскольку понятие технического поля вводилось для разрешения физических противоречий, имеющихся в технических системах. Характеризуя технические поля, особое внимание следует уделить химическому полю, энергия которого извлекается в результате химических реакций. Хотя данный вид преобразования не входит в зону действия физических законов, он очень часто используется в изобретательстве. 5. Очень важным является отнесение физического явления к тому или иному виду технического поля. а) можно попросить учащихся продемонстрировать физическое явление, а лишь затем определять его в какую-либо классификационную группу технических полей. |
Вначале
следует познакомить учащихся с определением
взаимодействия, указав, что под взаимодействием
понимают воздействие тел или частиц друг на
друга, которое приводит к изменению состояния их
движения. Представление о четырех фундаментальных видах взаимодействия в природе даётся учащимся достаточно поздно в 10-11 классах после ознакомления с каждым видом взаимодействия в отдельности. В интерпретации системного лифта общие представления об этом могут быть заложены в самом начале изучения курса физики. Примеры на первые три вида взаимодействия учащиеся могут привести самостоятельно, первоначальные сведения о слабом взаимодействии учитель даёт сам. |
6. Механические явления и их применение. | Выяснить возможные преобразования движения. | 1. Сбор
копилки игрушек “Киндер-сюрприз”, принцип
работы которых основан на механических явлениях. 2. Анализ составных частей (подсистем) игрушек с выявлением функции каждой части. 3. составление вепольной цепочки взаимодействий в механических игрушках. |
1. Из коллекции механических игрушек были отобраны такие, в которых осуществляется преобразование в различные виды энергии (инерционные, преобразующие поступательное движение во вращательное или колебательное, игрушки-неваляшки и т.д.) 2. При анализе подсистем выяснили способы передачи движения: зубчатая, ременная и т.д.
|
Работа
с игрушками существенно повышает интерес к
предмету, поэтому не стоит забывать этот ресурс
при выборе объекта исследования.
Работу по изучению технических полей можно проводить, заполняя таблицу, в которой отражено преобразование энергии посредством физэффектов и физических явлений. М А Т Х Э М М А Т Х Э М Работая над таблицей можно решать изобретательские задачи на обнаружение и применение всех технических полей. Например, такой: -Как во время игры в большой теннис определить, где был удар мяча о корт в “поле” или в “ауте” ? |
а)
Полезное и вредное действие силы трения. (7 и 9 классы) |
Провести анализ действий силы трения с точки зрения реализации конкретных функций технических систем (ТС). | 1. Сбор
копилки технических систем, у которых для
выполнения функции требуется трение. 2. Выяснение технического способа усиления или ослабления трения на разных “этажах” системного лифта. Объект: колесо колесо на дороге дорожное покрытие колесо скоростной режим; габариты покрышки рельеф 3. Построение вепольной схемы на разрушение вредного воздействия трения. В 1, В2 – трущиесяповерхности Задача 1. Пвредное (мех) П (мех) В 1 В2 ------------> В1 В2Задача 2. Задача 3. П (мех) П (мех) В 1 В2 В1 В2П (маг) В 3 (смазка) |
1. Хорошим объектом исследования является колесо. Можно просмотреть ретроспективу колеса [4 c.53] и выяснить, какие проблемы были решены за это время в вопросе транспортировки. 2. Далее следует уделить внимание вопросу трения колеса на его оси и перейти к подшипникам. 3. При работе с разрушающим веполем надо придерживаться следующих правил: 1: “Если одно вещество вредно действует на другое, то между ними вводят третье вещество, при этом желательно, чтобы оно было видоизмененным состоянием одного из двух имеющихся”. 2: “Если поле вредно действует на вещество, то вводят второе поле, нейтрализующее действие первого, или вредное действие оттягивают на третье вещество”. [2 с. 99] |
Сообщения о разных видахподшипников делают учащиеся. Учитель дополнительно знакомит учащихся с физэффектами, способствующими уменьшению трения: эффектом аномально низкого трения ( уменьшения трения при работе в вакууме) и избирательного переноса ( эффект безызносности, связанный с особым составом смазки) .[4 с.56] 3. Правила работы с разрушающим веполем иллюстрируют задачами: 1. Деталь трения подшипника – букса проработала несколько сроков и не износилась совсем, потому что медные частицы детали в глицериновой среде смазки образовали тончайшие плёнки Сu с ярко выраженными пластичными и текучими свойствами. 2. Зубчатые колеса, образуя пару в зубчатой передаче интенсивно изнашиваются . Если встроить в зубья шестерён магниты, обращенные одноименными полюсами, то касания зубьев можно избежать, тем самым существенно снизив трение. 3. Обычное добавление между трущимися поверхностями смазки. |
б) использование закона Архимеда. | Выяснить спектр задач, которые могут быть решены на основе использования архимедовой силы | 1.
Поиск необычных применений архимедовой силы на
основе решения изобретательских задач: Например, таких: - Какую задачу, связанную с действием архимедовой силы, ставил Эдисон своим потенциальным сотрудникам при приеме на работу?
2. Анализ функций, которые можно реализовать действием архимедовой силы:
3. Работа с указателем физэффектов и анализ конкретных изобретений.[11], [12] |
Привлекая собственный опыт детей и информацию из книг по изобретательству [10], собрали материал по данной теме. Знание архимедовой силы позволяет решать задачи, касающиеся:
Производить разбор конкретных авторских свидетельств на изобретения достаточно сложно в силу специальной терминологии, поэтому можно ограничиться только выяснением функций данного физэффектав предлагаемой конструкции. |
Разбор применений архимедовой силы, выходящих за рамки темы “Плавание судов. Воздухоплавание.” является очень полезным, поскольку помимо усвоения новой информации учащимися снимает еще и психологическую инерцию мышления. Особо следует отметить дешевизну и остроумие решения, в основе которых лежит закон Архимеда. |
В) использование центробежной силы инерции. ( 9 класс ). |
Выяснить особые условия возникновения силы инерции и область применения этой силы в изобретательстве | 1.
Введение понятий неинерциальных систем отсчета
и силы инерции, позволяющей в таких системах
отсчета применять 2 закон Ньютона. 2. Выяснение особых свойств центробежной силы инерции. 3. Сбор копилки проявлений и использования центробежной силы инерции в конструкциях технических систем. 4. Решение изобретательской задачи на применение ц/б силы инерции; построение вепольной схемы решения. 5. Работа с указателем физэффектов и анализ применения этой силы по реализуемой функции. [6с.152]. |
1. Необходимо указать, что как таковой силы инерции в природе не существует, а вводится она лишь для расширения границ применимости 2 закона Ньютона при описании движения тел в неинерциальных системах отсчета. 2. Имеет смысл записать 2 закон Ньютона для ц/б инерции в форме: F ин = - m w , где w - ускорение, с которым движется система отсчета.3. Описание действия центрифуги, карусели “Сюрприз”, циркового номера “Движение по вертикальной стенке”. 4. В качестве задач на применение ц/б силы инерции можно предложить следующие: -“Винт для Карлсона”[12 c.45];
|
Работа
с указателями физэффектов требует специальной
подготовки учителя к уроку , т.к. учащимся могут
быть неизвестны не только научные физические
термины, но и названия технических узлов. К сожалению, материал по данной теме ограничивается параграфом 18 учебника для 9 класса Н.К.Кикоина “Движение на вращающемся теле”, где очень скудно дана ссылка на использование этого явления в технике. Имеет смысл провести простейшие опыты на проявление ц/б силы, например, раскручивание ведра с водой в вертикальной плоскости. |
Сформировать системный взгляд на явление явления деформации с помощью модели “системного лифта”. Выяснить, какие изменения на макро- и микроуровнях обусловлены деформацией тела. | 1.
Анализ определения деформации всистемном лифте. __________________ причина тело в окружении возникновения деформации ___________________ ____________________ деформированное тело изменение формы и размеров тела _____________________ _____________________ частицы(атомы) изменение взаимного расположения частиц; ______________________ _____ __________________ ядра и электроны изменение значения сил притяжения и отталкивания между соседних атомов молекулами. ________________________ 2. Обоснования электромагнитной природы силы упругости. 3. Анализ причин деформации на микроуровне: пространственное распределение “+” и “ - ” зарядов внутри атома делает каждый отдельный атом чувствительным к электрическому и магнитному полям Ю причиной деформации могут служить названные поля ( введение понятий электро- и магнитострикции).4. Заполнение морфологической таблицы физэффектов. |
1. С точки зрения изобретательства очень важен отклик на воздействие. Тогда явление деформации может быть рассмотрено в следующей модели: воздействие _______ деформация ѕ ѕ ѕ ® вещество ѕ ѕ ѕ -->на входе __________ мех. поле В качестве входного воздействия могут выступать все технические поля МАТХЭМ. Необходимо учесть и род вещества, способного откликнуться на тот или иной вид воздействия. 3. Определение явлений : Электрострикция – деформация диэлектриков под действием электрического поля. Магнитострикция – изменение формы и размеров тела при его намагничивании. |
Имеет смысл перечислить названия физэффектов , осуществляющих каждое преобразование: мех ® мех закон Гука;эффект Пойтинга (увеличение длины и объема медной проволоки при закручивании). тепловое ® мех/ (тепловое расширение);переход в другое фазовое состояние (кристаллизация, “льдотехнология” - разрыв замершим льдом стенок сосуда; сверхпластичность-явление кратковременного возникновения пластичных свойств у металлов в узком диапазоне температур). маг ® мех магнитострикция,эффект радиационного распухания металлов. элект ® мех электрострикция,обратный пьезоэлектрический эффект |
|
д) гидроаэродинамические эффекты; 9 класс; |
Расширить представления учащихся о процессах, сопровождаю –щих течение жидкостей и газов по трубам на основе рассмотрения явления в системном лифте.
|
1.
Построение системного лифта (СЛ) “Движущаяся
жидкость”. _______________________ жидкость + тело эффект Магнуса; _______________________ гидравлич. удар; _______________________ виды течения: движущаяся жидкость ламинарное и турбулентное; _________________________ _________________________ молекулы жидкости эффект Томса ; __________________________ кавитация; 2. Характеристика каждого “этажа” СЛ и ознакомление с физэффектами, обусловленными либо окружением, либо строением самой жидкости. 3. Анализ воздействия на жидкость названными эффектами: |
1. Поскольку в учебнике для 9 класса рассмотрен только закон Бернулли и причина возникновения подъёмной силы крыла самолёта, то необходимо эту информацию дополнить, в первую очередь, сведениями о возможных видах течения жидкости или газа. 2. Имеет смысл указать, что большинство течений жидкости и газа турбулентно как в природе, так и в технических системах. 3. Следует познакомить учащихся с эффектами, возникающими при движении жидкости и газа: Эффект Магнуса заключается в возникновении поперечной силы, действующей на тело, вращающееся в набегающем на него потоке жидкости или газа. Гидравлический удар – явление резкого изменения давления в жидкости, вызванное быстрым (мгновенным) изменением скорости её течения в напорном трубопроводе или при быстром перекрытии трубопровода запорным устройством. Эффект Томса заключается в уменьшении трения между турбулентным потоком и трубопроводом при введении полимерной добавки в жидкость. Кавитация – образование в однородной жидкости пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью, за счет разрыва жидкости в областях с пониженным давлением. |
1. При описании эффекта Магнуса можно провести исследование: движение мяча при обычном броске и при “крученом”. 2. Турбулентное движение газа можно продемонстрировать струями дыма или конвекционными потоками нагревающейся жидкости. 3. Рекомендуется собрать копилки турбулентности в природе (движение воздуха в земной атмосфере, воды в реках и морях, газа в атмосферах солнца и звёзд, и в межзвездных туманностях) и в технике (движение жидкости и газа в трубопроводах, каналах, струях, в пограничных слоях около твердых тел). |
Кавитация
“+” “ - ” 1. сопровождается 1. Оказывает вредное искрообразованием воздействие на работу технических 2. сопровождается систем, уменьшая КПД, и приводит к люминесценцией; их разрушению. Эффект Магнуса – связывает F со скоростью потока и величиной угловой скорости w Ю возникает возможность измерения или использования F или же w и v потока.4.Разбор применения некоторых эффектов в изобретательстве.[10 с.217] и [11 с.37]. |
||||
7.Механические колебания и резонанс. | Системно описать явление резонанса, пользуясь моделью “системного лифта”. На основе рассмотрения решения с задач техническим содержанием сформировать у учащихся более полное представление о резонансе. |
1. Описание явления в системном лифте. _____________________________ тело + периодическое частота внешнего воздействия; воздействие _____________________________ ____________ __________________ параметры кол. системы:тело (колебат. система) собст. частота ______________________________ ______________________________ части кол.системы индивид. характеристики _______________________________ частей системы
2. Анализ решения задач на использование явления резонанса (положительный эффект явления): 1) устройство для массажа, действующее в такт ударам сердца; ослабление угольного пласта буровым инструментом ( n бура » n 0 пласта).2) инструмент для резки древесины с частотой пульсации » собственной частоте колебаний перерезаемой древесины; [6 с.154]3) задача об изъятии пыльцы без встряхивания самого растения (воздействие звуком в определенном частотном диапазоне, совпадающем по частоте с колебаниями системы пыльник – тычиночная нить); сортировка алмазной крошки определенного размера. 4) определение трещин в подшипниках, стекле на основе измерения резонансных частот. 3. Анализ решения задач на использование антирезонанса (вредное воздействие явления): 1) для того чтобы мембрана микрофона не имела резонансной частоты, она снабжена крепежами с различными значениями резонансных частот; 2) По “Дороге жизни” в блокадный Ленинград по льду Ладожского озера переправляли продовольствие колонной грузовиков и лёд сам по себе начал трескаться; физики выяснили, что причиной этого является резонанс, и предложили изменить интервалы движения машин так, чтобы образующиеся вдоль поверхности льда волны гасили друг друга [10 с130]. 3) Эффективный способ уйти от резонанса – применение качающихся со смещенным центром тяжести массивных элементов (в 520-метровых небоскрёбах в США на верхнем этаже установлен скользящий противовес, изменяющий положение центра тяжести здания). |
1. Определяя резонанс, следует указать, что это относительно большой селективный (избирательный) отклик колебательной системы на периодическое воздействие с частотой, близкой к частоте её собственных колебаний. 2. Вопрос об учете и использовании резонанса в технике можно излагать, опираясь на известные технические решения:
3. Вредное воздействие резонанса и борьбу с ним надо рассматривать отдельно: 1) указать технический приём объединения элементов с разными резонансными частотами, неравными и некратными друг другу, в систему, не имеющую резонансной частоты. 2) в технических системах должны быть согласованы (или рассогласованы) частоты используемых полей. |
Поскольку резонанс играет большую роль в природе, науке и технике, то важно рассмотреть задачи из всех областей. Внимание заслуживает эксперимент П.Л.Капицы по изучению свойств вещества в сильных магнитных полях за короткий промежуток времени 0, 01 с, когда с целью снятия вредного воздействия высокочастотных колебаний на показания, точные измерительные приборы , генератор ВЧК и испытательный стенд разделили пространственно, и ток распространялся со скоростью света, а толчок – со скоростью звука, что дало возможность зафиксировать показания приборов до встряски [4 с.20]. Имеет смысл указать, что один из законов техники – это закон согласования ритмики частей системы и он напрямую связан с учетом собственных и вынужденных колебаний частей технической системы [10 с. 128]. Интересен эффект самосинхронизации - самопроизвольной выработки единого ритма совместных движений некоторых колебательных систем между которыми устанавливаются очень слабые связи [4 с.84]. По выбору учителя некоторые технические решения на использование резонанса можно формулировать в виде изобретательских задач. |
8. Акустические физэффекты. 9класс |
Расширить представления учащихся о звуковых колебаниях; выяснить, почему среди технических полей отдельно выделяют акустическое поле. | 1. Сбор
копилки источников звука. 2. Работа с определением звуковых волн; перечисление свойств звуковых волн. 3. Рассмотрение задачи на акустический резонанс: - Известно, что собственная частота колебаний осколков стекла соответствует высоте тона в диапазоне звуков “ре” - “соль” второй октавы. Каким образом улучшали резонансные характеристики концертных залов в начале 20 века в России? История свидетельствует, что на выступлении в г. Каменском в 1912 г. Ф. Шаляпин взяв высокую ноту загасил пламя свечей в канделябрах и бра. Как это ему удалось? [10 с.129]. 4. Выяснение вопроса о сходных свойствах звука и механических волн; вывод об аналогии реализуемых функций. |
1. Помимо известных источников звука: колеблющихся твердых тел, струй жидкости или газа, необходимо назвать таящий лед [4 с.82], издающий щелчки в ультразвуковом диапазоне, шипение раскаленной сковороды. 2. После рассмотрения задачи о Шаляпине уместно выяснить назначение резонаторных ящиков камертонов. 3. Можно указать на вредное воздействие инфразвука на человеческий организм [4 с.85] и выяснить причину такого состояния. |
Следует указать, что к области акустического поля относится не только звуковые колебания, но и любые механические колебания, вибрации, волны, а также ультразвук и инфразвук, поскольку обладают сходными свойствами и позволяют реализовать идентичные функции. |
9. Изобретатель-кое применение тепловых эффектов. 8 класс. | На основе использования моделей преобразования энергии и вепольных схем выяснить, какими воздействиями будут сопровождаться тепловые эффекты, и какие функции могут быть реализованы за счет теплового поля. | 1. Работа над определением тепловых эффектов. 2. Анализ возможностей преобразования технических полей в тепловое. Мех ѕ ѕ ѕ ® _________ тепловоеакуст вещества ѕ ѕ ѕ ѕ ®химич. _________ поле ѕ ѕ ѕ ®эл.маг. 3. Сбор копилки примеров преобразования технических полей в тепловое: 1) получение огня трением В 1 ¬ ѕ ѕ ѕ ѕ В2Палочка руки ¤ Птепл 2) Нагрев за счет колебаний СВЧ и УВЧ. 3)химические реакции, происходящие с выделением и поглощением энергии. 4) нагревание проводника электрическим током (закон Джоуля – Ленца). 5) при размагничивании парамагнетиков будет поглощаться энергия Ю температура будет понижаться.3. Измерение температуры и выход на физэффекты, лежащие в основе этого измерения:
4. Решение задач с использованием теполей, где в качестве преобразователя используется энергия теплового поля (задачи на изменение). 1) Как определить направление потока холодной воды в закрытом трубопроводе? [2 с.101]. 2) Как можно достоверно убедиться, что во время отсутствия хозяев дома, их холодильник не был подвержен размораживанию? [4 с.103]. 3) Как слить разноцветные жидкости, имеющие одинаковую плотность, не допустив их перемешивания? [2 с.101]. 4) Как с наименьшими энергетическими затратами быстро вырыть большой котлован в глубоко промерзшей земле? 5) Как поддерживать постоянной температуру, необходимую для определенного процесса, с точностью до 0,1 0С, если цена деления имеющегося термометра 10 С? |
1. К тепловым эффектам следует отнести не только явления, связанные с изменением температуры, а также сопровождающиеся выделением или поглощением тепловой энергии (фазовые переходы). Причем не следует забывать и об “отрицательном” тепловом поле – холоде. 2. Сбор копилки преобразований полей сопровождается поиском и обсуждением примеров таких преобразований и построением вепольной схемы, аналогичной разобранной в примере 1. Пример преобразования магнитного поля в тепловое приводит учитель в контексте вопроса получения сверхнизких температур, на сотые доли превышающие абсолютный нуль [2 с.103]. 3. Для выяснения параметров, чувствительных к изменению температуры, можно поставить вопрос об измерении температуры и видах термометров. Таким образом, задачу на изменение превратили в задачу на измерение. 4. Особого внимания заслуживают фазовые переходы первого рода (из одного агрегатного состояния в другое), происходящие всегда при постоянной температуре и сопровождающиеся выделением или поглощением тепловой энергии. Таким образом, сам фазовый переход, протекающий в веществе, является как бы нетрадиционным источником или поглотителем энергии без изменения температуры вещества. |
По
возможности, физэффекты, связанные с изменением
температуры, следует проиллюстрировать
экспериментом, тем более, эти демонстрации
предусмотрены программой по физике:
|
10. Феполи и их применение. 8 класс |
Основываясь на инструментах ТРИЗ получить более полное представление о свойствах вещества в магнитном поле | 1.
Работа над понятием феполь. Схема феполя: П маг В 1 ѕ ѕ ѕ ѕ ® Вф2. Решение задачи об универсальном полигоне с регулируемым типом твердости почв [12 с.35]. Пмаг и В 1 ¬ ѕ ѕ В2почва феррочастица а) Анализ функций, которые призвано выполнять ферровещество в почве. 3. Задача об ориентации спичек при их упаковке в коробки на спичечной фабрике [12 с.37]. 4. Анализ причины намагничивания – на основе рассмотрения явления в системном лифте. ферромагнетик во внешнем поле функция усиления внешнего магнитного поля совокупность доменов упорядоченная структура магнитного поля; нет собственной намагниченности; отдельный домен область с одинаковой намагниченностью; отдельный атом круговой микроток, порождающий эл.маг .поле ; 5. Введение понятия точки Кюри и обсуждение вопроса о возможном применении этой закономерности в изобретательстве. 6. Обсуждение вопросов: -Что такое магнитная жидкость?
7. Сбор копилки применения феполей. |
1. Феполь – веполь, где в качестве вещества берут ферровещество, а в качестве поля – магнитное. 2. Задача решается с применением посредника, который является легкоуправляемым. Причем феррочастицы, находящиеся в почве, под действием магнитного поля могут:
3. В задаче на упаковку спичек используется ориентационная функция магнитного поля. 4. Очень полезным является просмотр явления намагничивания в системном лифте: новое для учащихся понятие домена вводится учителем, остальные этажи системного лифта достраиваются на основе совместного диалога. В данном случае лифт строят снизу вверх. Задав учащимся вопрос, о том какой параметр позволяет упорядоченную на микроуровне структуру превратить в хаос, можно выйти на температуру и ввести понятие точки Кюри . |
Можно
продемонстрировать ситуацию, описанную в задаче,
подобрав крупу, размеры зерен которой сходны с
размерами феррочастиц порошка и поместить эту
смесь в магнитное поле.
При обсуждении этого вопроса можно сослаться на опыт по размагничиванию ферромагнетика. |
11. Световые явления. Принцип копирования (использование тени и фото). 8 классс |
Выяснить, какие оптические явления положены в основу принципа копирования. |
1.
Решение задачи об измерении высоты пирамиды с
помощью палки: “Когда тень от палки станет равной её длине, тогда длина тени пирамиды будет равна её высоте.” [10 с.16]. 2. Решение задачи из романа А.Дюма “Десять лет спустя”: Партос, заказывая новый костюм, не соглашался, чтобы к нему прикасались, снимая мерку. 3. Задача об измерении диаметра бревен, отгруженных на открытую платформу поезда, отправляющегося с минуты на минуту [12 с.92]. |
1. Впервые эта задача была остроумно решена Фалесом Милетским; Этот же принцип был положен в основу измерения высоты гор на поверхности Луны. 2. Поскольку в плоском зеркале изображение получается равным, то достаточно снять мерку с отражения Партоса. 3. При решении всех задач необходимо в диалоге комментировать все предлагаемые варианты преодоления противоречий, а лишь затем сформулировать изобретательский приём: если трудно измерить какой-то предмет, надо получить копию этого предмета и измерить эту копию. |
Тема “Световые явления” хорошо перекликается не только с принципом копирования в изобретательстве, но и с понятием ресурса. Природный ресурс идеальной прямой линии – это луч света. Поэтому уместно рассматривать возможные применения закона прямолинейного распространения света. |
12. Тематические копилки. 9 класс. | Создать информацион -ную базу для более глубокого изучения физических понятий, повысить мотивацию изучения физики. | 1. Сбор
копилок:
|
При сборе копилки материальных точек учащиеся обязательно прописывают условия движения, т.е. ближайшую надсистему, в которой наблюдается механическое движение. Анализ копилки траекторий позволил выявить 2 элементарные траектории движения, изучения которых достаточно для получения полного представления о любых движениях тел. Копилка равнодействующих представляет собой “пакет” элементарных задач по динамике, которые в дальнейшем можно предложить учащимся для самостоятельного решения. Копилка колебательных движений призвана расширить представления учащихся о многообразии колебаний в природе и технике. |
На мой
взгляд, работа с тематическими копилками
является очень полезной, поскольку позволяет
учащимся “почувствовать” понятия, снимает
психологический барьер при работе с новыми
понятиями. Сбор тематических копилок можно рассматривать как промежуточный этап между введением понятия и решением задач на отработку и закрепление этого понятия. |
13. Морфоанализ физической задачи. а) Синтез задач. |
Научиться системному анализу и синтезу физических задач. | 1. Сбор
копилки “интересных” физических задач (как
можно более разных) и её анализ. 2. Выяснение критериев физической задачи: поиск ответа на вопрос, какую задачу можно считать физической. 3. Выяснить структуры физической задачи. 4. перебор вариантов возможных значений параметров задачи. 5. Заполнение морфоящика. а) 1. Выбор темы физической задачи. 2. Анализ ресурсов для составления задачи:
3. Выбор вариантов с помощью морфотаблицы. 4. Составление условия, согласование значений физ.величин и решение задачи. 5. Анализ собственной задачи. |
Как показывает практика, деятельность по составлению задач является достаточно сложной для учащихся, поскольку требует согласования данных (значений физических величин) и оперирование ими в определенном контексте. В связи с этим полезными являются задания “прикидочного” характера: выяснение, в каких числовых пределах данная физ.величина может принимать значения. |
На мой взгляд, подход к преподаванию физики с использованием ТРИЗ-инструментария является достаточно прогрессивным, поскольку ставит обучающегося в активную позицию, дает ему, так называемую, поисковую свободу и интеллектуальную активность. Помимо этого, в иной роли выступает и сам учитель, становясь не над учеником, а рядом с ним, неизбежно меняя не только ученика, но и себя самого. А это является очень важным в условиях новой демократической, обращенной к человеку школы.
Инструментарий ТРИЗ, адаптированный на школьный уровень, позволяет получить общие принципы подхода к изучению объектов и явлений за счет их рассмотрения на различных “этажах” системного лифта и во взаимосвязи с другими объектами, найти применение полученных знаний для создания новых технологий и технических систем самими учащимися. Помимо этого, средства ТРИЗ являются хорошим “стимулятором” учебной деятельности, существенно повышая мотивацию обучения физики. На протяжении 3-х лет изучения предмета рейтинг данной учебной дисциплины оставался неизменно высоким.
Конечно, от экспериментального курса физики сделать переход к базовому курсу с применением данных наработанных методических приёмов достаточно сложно, особенно в условиях работы в рамках новых программ по физики для 12-летней школы. Но, тем не менее, в перспективе хотела бы создать методику преподавания физики с использованием элементов ТРИЗ.
5. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Е.А.Мельникова “Технология проблемного обучения”.
2. Г.И.Иванов “Формулы творчества, или как научиться изобретать” – М.: Просвещение,1994.
3. А.А.Нестеренко “Эксперимент “Использование элементов ТРИЗ в образовательных программах СШ с целью развития творческих способностей”.
4. Б.Л.Злотин, А.В.Зусман “Изобретатель пришел на урок” – Кишинев: Лумина,1989.
5. А.А.Гин “Приемы педагогической техники” - М.: Вита – Пресс, 1999.
6. “Дерзкие формулы творчества” / сост. А.Б.Селюцкий / - Петрозаводск: Карелия,1987.
7. Программы общеобразовательных учреждений. Физика. Астрономия – М.: Просвещение,1998.
8. Д.Родари “Грамматика фантазии” – М.: Прогресс, 1990.
9. “Педагогическое наследие. Я.А.Каменский, Д.Локк,Ж.-Ж.Руссо, И.Г.Пестолоцци” – М: Педагогика,1988.
10. Ю.П.Саламатов “Как стать изобретателем” – М.: Просвещение, 1990.
11. Г.В.Бородастов, С.Д.Денисов, В.А.Ефимов, В.В.Зубарев, В.П.Кустов,А.Н.Гончаров “указатель физических явлений и эффектов для решения изобретательских задач: Учебно-методическое пособие. – М.: ЦНИИ атоинформ,1979.
12. Г.Альтов “И тут появился изобретатель” – М.: Детская литература,1989.
А.А. Нестеренко, Е.А. Драган.
Физика в изобретательских стандартах. Проектная работа по курсам физики и Теории Решения Изобретательских Задач (ТРИЗ).
Цели.
Образовательные:
изучить физические явления и эффекты и возможности их практического применения;
потренироваться в решении задач на применение физических эффектов (использование физэффектов как изобретательского ресурса);
потренироваться в решении задач на изменение средствами вепольного анализа и изобретательских стандартов;
Воспитательные:
формировать активное отношение к проблеме;
совершенствовать коммуникативные навыки;
формировать ответственное отношение к творческой работе.
Развивающие:
развивать системное, диалектическое мышление, способность к работе с моделями, гибкость и оригинальность.
Этапы.
Изучение физических явлений
.Каждая группа изучала определенные физические явления и связанные с ними физические эффекты и составляла по ним конспект (внеклассная работа в группах курировалась учителями).
Составление своих примеров на применение физэффектов и поиск интересных примеров в литературе
(внеклассная работа в группах курировалась учителями).Подготовка демонстрации, иллюстрирующей физическое явление
(самостоятельная внеклассная работа в группах).Преобразование примеров в изобретательские задачи
(внеклассная работа в группах курировалась учителями). Задачник - в приложении .Обучение других групп по своим опорным конспектам.
(2 урока физики).Решение изобретательских задач из составленного задачника различными вепольными средствами. Оформление “изобретений”
(индивидуальное домашнее задание).Интегрированный урок “Физика + ТРИЗ”. Защита проектов. Тема: “Физика в изобретательских стандартах” (2 часа).
План урока. Тема: Физика в изобретательских стандартах. Физика как изобретательский ресурс.
Доска разделена на 5 частей. Каждая группа оформляет на доске свою часть в виде:
Названия физ. явлений.
“Изобретения”.
Список ресурсов (физ. эффектов).
Решение “чужой” задачи “своими эффектами” (рисунки, плакаты).
1-й урок. Организация. Оформление доски.
Знакомство с планом работы.
Решение задач.
Оформление решенной задачи на доске.
2-й урок (открытый) (Е.А. - Екатерина Анатольевна Драган, А.А. - Алла Александровна Нестеренко).
А.А.
Мы представляем проектный урок, но, тем не менее, определить его жанр нам непросто. Это не совсем урок защиты проектов, скорее - некоторый этап по пути решения поставленных проблем. Мы надеемся, что начали работу, которую сможем продолжить в будущем году.
Физика и ТРИЗ. Как они связаны? Насколько нужны друг другу? Сегодня можно услышать от многих специалистов: если я хорошо знаю физику, химию - то я и без ТРИЗ решу изобретательские задачи. Появляются и другие специалисты. Они говорят: я знаю ТРИЗ, больше мне ничего и знать не надо, остальную информацию я в справочнике достану. Что нужно каждому из нас - каждый решает для себя сам. Мы, учителя, свое решение приняли.
С чем мы пришли на этот урок?
Группы изучали физические явления (те, которые уже проходили раньше и новые для себя), изучали в теории и на практике.
Придумали применения физических .эффектов и оформили их как свои “изобретения”.
Составили задачи для одноклассников. И весь предыдущий урок мы честно решали задачи разными “физическими ресурсами”. Теперь мы попробуем все этом обсудить.
Цель на уроке каждый тоже вправе поставить для себя сам. Послушаем команды.
__________________
Попытаемся немного объяснить вам свой инструмент. Мы используем стандарты на решения изобретательских задач: правила, основанные на объективных законах. Большинство стандартов используют особый инструмент - вепольный анализ. Кратко о нем (Справку “вепольный анализ” дают ученицы Надя и Настя).
Е.А.
Справка “Поля в физике и ТРИЗ".
Выступления групп. План выступления.
Демонстрация, краткая информация о явлениях.
Перечень эффектов.
Применение (ссылка на доску).
Использование в задаче (ссылка на доску).
Группы садятся, команды обсуждают задачу, готовят 1 замечание в опорах: “Мы считаем минусом то, что...”, “решение будет работать при условии...”, “решение не подходит, если...”.
Группа фиксирует для себя эти замечания.
Е.А.
Блиц - задача о часах. (“В одном музее представлены старинные часы, которые много лет идет без подзаводки. На какой энергии они могут работать? Предложите разные варианты."” (Задача Г.И. Иванова).
Формулировка задачи - запись ответов в группах, потом “аукцион ответов”.
Анализ решений. Мы нашли много решений. Просьба: выяснить критерии, по которым выбирается лучшее решение и сделать свой выбор. Ответ: “Критерии. Выбор решения”.
Е.А.
Заключение.
Приложение 1.
Инструкция для работы в группе.
На столе:
опорные конспекты всех команд,
листки для записи своих решений,
1-й урок.
Оформляем доску.
Решаем “чужие” задачи, выносим на доску “чужую” задачу, которая решается “вашей” физикой.
Готовим демонстрации и ориентируем выступление по плану.
2-й урок.
План выступления.
Демонстрация и сущность физического явления (очень кратко).
Перечень эффектов.
Применения (по плакатам на доске).
Описание задачи, оформленной на доске.
Замечания в группах.
“Мы считаем минусом то, что...”, “решение будет работать при условии...”, “решение не подходит, если...”.
Приложение 2
Задачник, составленный учащимися
Задачник: изобретательская физика.
Как создать изделие с поверхностью в форме параболического мениска?
В автобусах есть аварийный выход через окно (выдавливать стекло и т.д.). Предложите более простой способ.
Как регулировать температуру воды в комнатной батарее?
Каким образом можно обеспечить крепеж детали?
Как очистить крупу от грязи?
Как остановить качание маятника?
Предложите идею детали, которая сама сигнализирует о возникших в ней деформациях.
На чайной фабрике возникла проблема: при измельчении мелкие частицы поднимаются в воздух, что приводит к большим затратам сырья и создает неудобство в работе. Как предотвратить это?
Требуется придумать фонарик, у которого, как его ни поверни, лампочка всегда оказывается с одной стороны.
Каким образом пропускать газ или жидкость малыми порциями?
Как, не применяя механических устройств, повысить давление в закрытом объеме?
Два объекта разделены трехслойной преградой. Требуется, чтоб сперва исчез один слой, через некоторое время другой, еще через время - третий. Как этого добиться?
Предложите идею линзы с меняющейся кривизной.
Как изменить размеры (форму) объекта на расстоянии, не прикасаясь к нему?
Как останавливать зверей у дороги?
Аппарат для выжигания по дереву работает от источника тока. Предложите другой источник энергии, сохранив принцип работы аппарата или придумайте аналогичный способ создания изображений.
Как изготовить стеклянный порошок?
Как передвигать тяжелые предметы?
Как сделать, чтоб холодильник сам сообщал о том, что он разморозился?
Придумайте “самовыскакивающую” пробку.
Какими способами можно осуществить перемещение маленького объекта на маленькие расстояния?
Приложение 3.
Перечень предложений по задачам.
Корзунина Анастасия. Устройство для очистки крупы от пыли. |
Используется принцип центрифугирования. |
Каргинова Надежда, Агеев Денис Линза с меняющимся фокусом. |
Линза из эластичного материала с жидким наполнителем. Фокус линзы меняется при изменении внешнего давления. |
Михеева Екатерина. Самооткрывающаяся пробка. |
Используется эффект памяти форм. Деформация под действием тепла. |
Еремушкина Екатерина. Устройство, сообщающее о разморозке холодильника в домашних условиях. |
Используется би-металл. |
Нестеренко Алексей. Устройство для отпугивания животных от автомобильных магистралей. |
Используется эффект резонанса (устройство усиливает звук машин). |
Антипов Дмитрий. Способ дробления стекла. |
Стекло предлагается дробить при помощи резонансного эффекта. Предложение ошибочно, т.к. раздробленные частицы стекла имеют различную собственную частоту колебаний. Это предложение использовалась в дальнейшем на уроках как задача-ловушка. |
Кузнецов Александр. Электростатический пылесос. |
Устройство для сборки пыли, основанное на применении электростатических сил. |