Дидактичні характеристики проблемного навчання

Під дидактичними характеристиками в даному випадку слід розуміти цілі проблемного навчання, джерела проблемного навчання, а також способи висунення проблеми і створення проблемних ситуацій.

На рис. 4.1 коротко представлені дані характеристики в їх взаємозв'язку. Розглянемо коротко кожен з них, що дасть можливість чіткіше представити єство проблемного навчання і розробити алгоритм діяльності викладача при проектуванні проблемних технологій навчання.

Розглянемо коротко кожну з даних характеристик.

Аналіз цілей проблемного навчання вистачає повно розглянутий на початку даного розділу. В даному випадку слід особливо підкреслити, що в першу чергу проблемне навчання робить діяльність виучуваного керованою. При цьому передбачається, що виучувані повинні самостійно вирішувати поставлені проблеми під керівництвом викладача: правильно діяти, мислити, передбачати результати, зіставляти їх з отриманими, робити виводи. В результаті, як відзначає Р. А. Атанов, у виучуваних формується система умінь, що включають не лише практичний, але і методологічний компонент. Перший компонент відповідає умінням застосовувати теоретичні положення на практиці. Другий компонент групує уміння людини самому виробляти знання. Керуючись відомим знанням, за допомогою цих умінь людина трансформує його в нове знання, невідоме нікому. Саме цим і займається наука. Кваліфікований фахівець повинен не лише уміти застосовувати на практиці новітні теорії, але і знати, як виробляються нові знання, володіти деякими навиками дослідницької діяльності. Саме на формування таких умінь направлені проблемні технології навчання.

Але дана мета, як і будь-яка інша учбова мета, досягається не відразу, а поступово, шляхом переходу від одного рівня її реалізації до іншого.

У педагогіці розрізняють наступні рівні проблемного навчання: проблемний виклад учбового матеріалу, частково-пошукова дорога, дослідницький метод.

Рис. 4.2 Дидактичних характеристик проблемного навчання

4.2.1 Проблемний виклад матеріалу викладачем

Таблиця 10.1 Діяльність викладача і виучуваного

Діяльність викладача	Діяльність виучуваного
- актуалізація матеріалу, що вивчається	- відтворення раніше вивченого матеріалу
- постановка мети	- сприйняття мети
- створення проблемної ситуації, постановка проблеми	- усвідомлення проблеми
- демонстрація дорозі наукового відкриття: розкриття внутрішніх протиріч, що виникли в проблемі, міркування вголос, вислів гіпотези, аналіз і обговорення, спростування помилкових припущень	- слухання і сприйняття логічно стрункого викладу - відповіді на окремі питання - співпереживання результатів експериментів - передбачення чергових кроків дослідження
- -доказ істинності за допомогою досвіду або розповіді про експеримент - узагальнення і формулювання виводів	- спостереження-усвідомлення і запам'ятовування фактів, явищ, виводів

Єство проблемного викладу учбового матеріалу полягає в тому, що, створивши проблемну ситуацію, викладач не просто повідомляє кінцеві виводи науки, а показує «ембріологію істини» (А. І. Герцен), тобто відтворює в якійсь мірі дорогу до відкриття, розкриває внутрішні протиріччя, демонструє саму дорогу наукового пошуку. Спосіб взаємодії викладача і виучуваного можна представити таким чином:

Найбільш поширений монологічний виклад. У простій і доступній формі, в розумній послідовності повідомляються деякі факти, закони, правила і їх інтерпретація. Викладач не перериває пояснення питаннями, адресованими що вчиться.

Розвитком монологічного викладу слід вважати виклад із застосуванням питань. Викладач перериває виклад постановкою питань, на які, як правило, відповідає сам. Наприклад, при поясненні фізичних процесів в металевому провіднику, поміщеному в змінне магнітне поле, викладач запитує: «Як ослабити шкідливий вплив вихрових струмів в сталевих сердечниках електричних машин і апаратів?» Таким чином, увага притягується до ключових моментів викладу. На уроці, присвяченому виміру напруги, задається питання: «Як розширити межі виміру вольтметра за межі тієї величини, на яку він розрахований?» Далі викладач сам пояснює матеріал, відповідає на поставлене їм питання. Такий виклад вже містить деякі елементи проблемної. Проте цього недостатньо при проблемному викладі викладачем, тобто «відтворює в якійсь мірі дорогу їх відкриття. Поставивши проблему, він розкриває внутрішні протиріччя, що виникають при її рішенні, міркує вголос, висловлює припущення, обговорює їх спростовує можливі заперечення, доводить істинність за допомогою експерименту...».

Вирішення багатьох електротехнічних завдань пов'язане з подоланням внутрішніх протиріч. Прикладом тому може служити пояснення матеріалу про граничну потужність, яку може розвинути в навантаженні r джерело струму з даними величинами ЕДС е і внутрішнього опору л„. Тут представляє безперечний інтерес така побудова розповіді викладача, при якому до випадку R = Ril учні приходять, аналізуючи 'випадки r>r0 і r<r0. В цьому випадку, проблемний виклад дозволяє виявити протиріччя між здобуттям максимуму потужності і максимуму коефіцієнта корисної дії. Адже при граничній величині потужності (д-^), тобто при ККД рівному лише 0,5. Шляхом проблемного викладу можна прийти до ідеї компромісу, якою керуються в більшості практичних випадків.

4.2.2 Частково пошукова дорога

Частково пошукова дорога передбачає, що що виучується під керівництвом викладача за рішенням завдань здійснює самостійну діяльність. Викладач висуває проблему, разом з учнями намічає дорогу її рішення і ставить допоміжні питання. Учні самостійно вирішують лише окремі частини загальної проблеми, відповідають лише на додаткові питання, що володіють меншою долею проблемної.

Спосіб взаємодії викладачів і виучуваних в даному випадку можна представити таким чином:

Таблиця 4.2 Діяльність викладача і виучуваного

Діяльність викладача	Діяльність виучуваного
- створює проблемну ситуацію	- приймає проблемну ситуацію - усвідомлює проблему
- планує кроки вирішення проблеми, формулює проблемне завдання	- приймає проблему і проблемне завдання
- підказує додаткові дані, обмежує число кроків і поле пошуку	- висуває припущення: - лише будує план перевірки: - вирішує задачу
Робить виводи	Бере участь у виводах

Прикладом даного викладу може бути фрагмент стенограми уроку на тему «Загальні відомості про трансформатори», де в процесі викладу нового матеріалу викладач на основі наявних знань і умінь вибудовує проблему і вирішує її разом з виучуваними.

Приклад 1.

Викладач: Отже, ми встановили, що передача електроенергії від місця її виробництва до місця вжитку з найменшими витратами є важливою проблемою. Особливо важливої ролі її рішення набуває в Україні, якщо врахувати, що ми маємо дуже невеликі запаси вугілля і останні енергоносії купуємо за кордоном. При передачі енергії по дротах неминучі її втрати, даремні витрати, пов'язані з нагріванням провідників. Завдання полягає в тому, аби зменшити ці витрати в масштабі країни і тоді це обернеться значною економією. Як же зменшити втрати енергії?

Що вчиться: Треба вибрати дріт з малим питомим опором.

Викладач. Давайте внесемо до наших пошуків відому систему. Спочатку з'ясуємо, від яких чинників залежать втрати енергії, а потім подумаємо над тим, як можна на них вплинути. Отже, від яких величин залежать теплові втрати енергії в дроті?

Що вчиться: Ці втрати визначаються законом Джоуля-Ленца Q = i-R. Втрати енергії залежать від сили струму в дроті і опору провідника.

Викладач: Як же зменшити втрати?

Що вчиться: Можна або зменшити силу струму в дротах, або зменшити їх опір, або зробити і те і інше.

Таким чином, виникла альтернатива: який з цих способів вигідніше?

В процесі вирішення проблеми що вчаться за допомогою викладача прийшли до виводу, що найбільш вигідним способом зниження електричних втрат є зменшення сили струму в лінії електропередачі.

Вирішення проблемної ситуації з неминучістю наводить до приватної проблеми. Як зменшити силу струму і при цьому зберегти величину передаваної потужності?

Ету приватну проблему учні вирішують досить легко, оскільки формула для потужності в електричному ланцюзі більшості з них добре відома. Для проблемного навчання електротехніці в професійно-технічних училищах типовою є система навідних питань, складених так, щоб підвести що вчаться до вирішення поставленої проблеми.

Число таких питань, природно, зменшується у міру розвитку в навиків самостійної роботи і зростання їх пізнавальної активності, що вчаться.

4.2.3 Дослідницький метод

Цей рівень проблемного навчання характеризується найбільш високою мірою самостійності роботи учнів. Вони самостійно вирішують всю проблему, в ході дослідження виявляють і самі вирішують ряд менш значних проблем. Такий метод дозволяє таким, що вчиться опановувати методи наукового пізнання і формувати риси творчої діяльності.

Кожен з рівнів проблемного навчання відповідає певним етапам формування учбової діяльності. Так проблемний виклад і частково пошуковий рівень є характерними для етапів мотивації і формування ООД, тоді як дослідницький рівень можливий на етапі формування дій. Проблемне навчання характерне лише для даних двох етапів, бо етап контролю не передбачає проблемное™, оскільки його мета - не формування нових знань і умінь, а перевірка вже сформованих. Проблемне навчання є перспективним виглядом навчання, але застосовувати його можна лише у тому випадку, коли є для цього спеціальні умови, тобто джерела проблемних технологій.

Джерела проблемних технологій можна підрозділити на об'єктивних і суб'єктивних.

До об'єктивних джерел відносяться наявні в даній науці протиріччя, які ця наука вже вирішила, але виучувані, проходя дорогу подолання цих протиріч, пізнають істину, освоюють діалектику розвитку науки, формують свій світогляд. В даному випадку для створення проблемних ситуацій можливо виконати ряд дій:

- доцільно використовувати реально існуючі проблеми науки, що вивчається, і проблеми, що виникають в процесі історичного розвитку науки. У електротехніці до таких проблемам відносяться: підвищення cos^, підвищення ККД електротехнічних пристроїв, зменшення втрат при передачі електроенергії, передача електроенергії на великі відстані і так далі

- ставити проблемні завдання, що вимагають теоретичного пояснення фактів і явищ, раніше відомі що вчиться з життя або досвіду роботи. Наприклад, початок вивчення питання про коефіцієнт потужності можна пов'язати з досвідом практичної роботи ПТУ, що вчаться, по ремонту асинхронних двигунів, в процесі якої їм доводилося підключати конденсатори паралельно обмотці статора. Природно, виникають питання: навіщо це робиться, чому конденсатори включаються паралельно і так далі Аналогічно можна використовувати досвід роботи трансформаторів, що вчаться по збірці магнітопроводів, при постановці питань про роль магнитопро вода (чому він набирається з окремих тонких пластин і т. д.).

До суб'єктивних джерел проблемного навчання відносяться базові знання, досвід і ерудиція виучуваних і зрештою можливість рішення ними проблемних ситуацій.

Ситуація, що створюється учбовою проблемою, охоплює велике число фактів, предметів, стосунків. Виучується необхідно самостійно встановити, які дані для вирішення завдань бракує і яким чином їх отримати або, якщо кількість даних надлишкова, то якими з них слід скористатися. Вирішення проблеми передбачає систему дій, висунення декількох гіпотез, відмову від помилкових гіпотез і, нарешті, прийняття правильної відповіді. Проблемні питання і завдання висуваються не при перевірці засвоєння, а на стадії придбання що вчаться нових знань.

Дуже легкі і дуже складні завдання не сприяють створенню проблемних ситуацій. Виникнення проблемної ситуації обмежене двома межами процесу мислення. Нижня межа визначається такими випадками, коли для виконання завдань досить застосувати вже засвоєні знання. Верхня межа відповідає випадку, коли раніше засвоєні знання не дозволяють таким, що вчиться впоратися з поставленим перед ним завданням.

Два приклади допоможуть з'ясувати суть цих зауважень.

Передбачимо, що на уроці після викладу принципу розширення меж виміру амперметрів викладач пояснив рішення такої задачі: «Визначити опір шунта для магнітоелектричного вимірювального механізму, номінальний струм якого 1НО!и=5мА і опір r = 20Om, якщо межі виміру слід розширити до 5О.иЛ».

Далі викладач пропонує таким, що вчиться вирішити інше завдання, в якому також потрібно визначити опір шунта і, в порівнянні з першим завданням, внесені наступні зміни:

- числові дані для величин 1наи і R вже інші;

- замість величини нового номінального значення струму указан
шунтирующий множник «.

Як видимий, зміни, внесені до умов нового завдання, настільки елементарні, що вони не можуть викликати появу проблемної ситуації і не вимагають продуктивного мислення.

Тепер приклад протилежного характеру. Після вивчення звукового генератора і принципу посилення електричних коливань в об'ємі матеріалу відповідних параграфів підручника викладач доручив таким, що вчиться детально розібратися в принциповій схемі стереофонічного підсилювача, що випускається базовим підприємством. Вельми складна схема цього електронного апарату включала немало незнайомих елементів і, що ще істотніше, ряд нових для них схемних розробок (автоматичні регулювання, ланцюги негативних зворотних зв'язків і ін.) - що В результаті вчаться із завданням не впоралися, оскільки проблемна ситуація тут не була створена і не була ними прийнята. Рівень раніше засвоєних знань не відповідав рівню складності завдання.

Перед тим, як приймати рішення про вибір технології проблемного навчання, слід ретельно проаналізувати джерела проблемного навчання, тобто можливість постановки проблемних завдань на основі знань про діалектику розвитку науки і техніки і здатність виучуваних вирішувати ці проблемні завдання.

Таким чином, необхідно добре засвоїти, що проблемне навчання полягає в створенні перед учнями проблемних ситуацій, усвідомленні і дозволі цих ситуацій в процесі спільної діяльності учнів і викладача.

При проблемному навчанні головну роль грає активність самого учня. Викладач лише керує процесом навчання, спираючись на розумову діяльність учнів, а не на пам'ять і заучування, як це часто має місце. На практиці проблемне навчання вимагає від викладача і спеціальних навиків, що вчаться, і більшої кількості часу, чим звичайне навчання.

4.2.4 Способи створення проблемних ситуацій

Проблемні ситуації можна сформувати трьома різними способами:

- шляхом чіткої постановки проблеми викладачем;

- шляхом створення умов, при яких требуется
самому, що вчиться, зрозуміти і сформулювати проблему;

- шляхом створення такої проблеми, при пошуку вирішення якої учень повинен прийти до нової, додаткової проблеми, самим ним виявленою і заздалегідь передбаченою преподавател ї м.

Особливим варіантом є випадок, коли в ході рішення деякої задачі учень самостійно виявляє нову, не передбачену викладачем проблему.

Звернення до того або іншого способу створення проблемної ситуації залежить від характеру учбового матеріалу і в не меншій мірі від підготовленості учнів, від рівня їх пізнавальної самостійності. На практиці частіше доводиться звертатися до постановки проблеми викладачем при активній участі учнів.

Розглянемо найбільш відомі способи створення проблемних ситуацій на прикладі електротехнічних дисциплін.

Одним з таких способів є виклад нового матеріалу з використанням евристичних питань і завдань, евристичної бесіди, які вимагають активних роздумів, направлених на створення проблемних ситуацій, вирішення яких можливо на основі всестороннього аналізу цих ситуацій, зіставлення, узагальнення і систематизації. Евристична бесіда - це така бесіда, в процесі якої виучувані самостійно приходять до певних виводів, що є метою вивчення учбового матеріалу. До них виучуваних підводить викладач, плануючи таку систему питань, при якій кожен подальший витікає з попереднього. В ході евристичної бесіди викладач ставить перед собою і виучуваними питання проблемного характеру, вирішує їх, залучаючи до цього виучуваних, висуває гіпотези, підтверджує їх, дає додаткові питання виучуваним, які вирішують дану задачу і таким чином вирішується серйозна проблема. Ознаками такої бесіди є наявність конкретної мети і послідовність постановки питань і відповідей, направлених на досягнення мети. Підставою або джерелами такої бесіди є базові знання виучуваних, їх ерудиція і життєвий досвід.

Прикладом евристичної бесіди може служити стенограма уроку, запропонована Н. М. Розенбергом в його роботі «Проблемне навчання в курсі Електротехніка l основами промислової електроніки». Урок на тему «Резонанс струмів».

Проблемна ситуація, яка створюється на цьому уроці, заснована на узагальненні першого закону Кирхгофа. При вивченні теми «Постійний струм» цей закон, як відомо, формулюється таким чином: «Сума сил струмів, відповідних до вузла електричного ланцюга, дорівнює сумі сил струмів, ухг дящих від цього вузла, або сума алгебри сил струмів у вузловій точці електричного ланцюга дорівнює нулю». При вивченні ланцюга з паралельним з'єднанням конденсатора і котушки індуктивності на змінному струмі правило Кирхгофа узагальнюється таким чином, що фізичні явища в ланцюгах постійного струму виглядають приватними злучаємо.

Домашнє завдання до даного уроку включало повторення наступних питань:

- перший закон Кирхгофа;

- ланцюг змінного струму з індуктивністю;

- ланцюг змінного струму з ємкістю.

Труднощі, які випробовує викладач при поясненні ланцюгів змінного струму з паралельним з'єднанням реактивних елементів, загалом, ті ж, що і при вивченні інших видів ланцюгів змінного струму, тобто необхідність обліку зрушень по фазі між струмами і напругою при аналізі якісних і кількісних характеристик ланцюгів.

На дошці, до уроку, креслиться схема, що містить джерело напруги, електричний ланцюг з активним і індуктивним опорами, сполученими паралельно, i змерительные прилади.

Викладач: Раніше ми вивчали фізичні процеси в ланцюгах змінного струму з послідовним з'єднанням котушки індуктивності і конденсатора. Ще більше практичне значення в електротехніці і радіоелектроніці мають ланцюга з паралельним з'єднанням цих електроелементів. Такий ланцюг накреслений на дошці. Прилади реєструють силу струму в гілках, тобто в котушці і конденсаторі, а такі в загальному дроті, до розгалуження. Яке співвідношення зв'язує ці три струми?

Що вчиться: Якщо у вузлі сходиться декілька дротів, то сума струмів, відповідних до вузла, дорівнює сумі струмів, що вирушають з вузла. Ете перший закон Кирхгофа.

Викладач: Добре. Як застосувати цей закон до нашого конкретного випадку?

Що вчиться: Вочевидь, струм в загальному дроті, до розгалуження, дорівнює сумі струмів в котушці і конденсаторі.

Викладач: Так, таке припущення дійсне можливо. Але якщо включити макет, то прилади показуватимуть, що струм в котушці-1.2 А, в конденсаторі-1.35 А, в загальному дроті - всього 50 мА (0,05 А як ви оцінюєте ці свідчення?

Що вчиться: Незрозуміло. Струми в гілках більш за ампер, а генератор створює струм всього 50 мА.

Викладач: Дійсно, результати нашого досвіду на перший погляд представляються парадоксальними. Тоді як в гілках струм досягає досить великої величини, струм в нерозгалуженому ланцюзі вельми малий. Створюється враження, що в таких ланцюгах змінного струму перший закон Кирхгофа вже недійсний. Проте це враження брехливе. Просто, як ми вже переконувалися, в ланцюгах змінного струму доводиться враховувати нові чинники. Аби розібратися в цьому, скористаємося методом векторних діаграм і почнемо застосовувати його послідовно до кожної з гілок. Який вектор слід відкласти спочатку?

Тут в учнів незрідка виникають труднощі. Тому можна сформулювати питання трохи інакше.

Викладач: Яка з електричних величин є загальною для обох гілок?

Що вчиться: При паралельному з'єднанні це напруга.

Викладач: Вірно. Відкладете цей вектор V в довільно вибраному масштабі горизонтально і далі побудуйте вектори

струмів в гілках;s!c і загального струму '.

Пояснюйте при цьому хід ваших міркувань.

Що вчиться: Почнемо з конденсатора. Струм через ємкість!з випереджає напругу і по фазі на 90°. Струм через індуктивність!l. навпаки, відстає від напруги на той же кут. Виходить, що вектори струмів направлені в протилежні сторони.

Викладач: І, значить, струм в нерозгалуженому ланцюзі...

Що вчиться:... дорівнює різниці струмів...

Викладач:... і направлений...

Що вчиться:... у бік більшого з них.

Викладач: На прикладі нашого експерименту вважатимемо, що струм / направлений у бік струму через конденсатор, оскільки величина його більша: 1.35 А проти 1.2 чи А. Ясно тепер, чому експеримент на початку нашого уроку привів до настільки дивних на перший погляд результатів?

Що вчиться: Тепер зрозуміло. Струм до розгалуження малий, тому що він дорівнює не сумі, а різниці струмів в гілках.

Викладач: Тепер подумаємо, чи не можна добитися рівності струмів в гілках. Як це зробити?

На це питання незрідка важко отримаєте відповідь без додаткових роз'яснень. Можна тому запропонувати таким, що вчиться ще такий питання-підказку.

Викладач: Як визначити величини струмів в гілках?

Що вчиться: Слідуючи закону Ома.

Викладач: І який же характер залежності цих струмів від частоти при незмінній напрузі і?.

Що вчиться: Із зростанням частоти струм через конденсатор збільшується, а через котушку - зменшується.

Викладач: Значить, можна змінити частоту так, щоб добитися рівності струмів. Як це зробити в нашому експерименті?

Що вчиться: Струм через конденсатор більше струму через котушку індуктивності. Тому частоту змінного струму слід зменшити.

Викладач: Спробуйте зробити це, обертаючи ручку «частота» генератора і одночасно спостерігаючи за свідченнями приладів.

Що вчиться: (Регулює ручку «частота»). Ось тепер струми

рівні ^ = 125'Л і з ~ ' ', а струм в загальному ланцюзі став ще менший

Викладач: Спостережувані нами явища в ланцюзі змінного струму з паралельним з'єднанням котушки індуктивності і конденсатора носять назву резонансу струмів. А тепер з'ясуємо, якого вигляду набере векторна діаграма ланцюга в режимі резонансу струмів.

Що вчиться: Струми в гілках рівні по величині і протилежні по напряму, тому струм до розгалуження має дорівнювати нулю.

Викладач: А в нашому досвіді струм хоч і зменшився, все ж не досяг нуля, він рівний 20мАм в чому ж справа? Чи не підкаже нам рішення аналогія з резонансом напруги?

Що вчиться: При резонансі напруги повна напруга дорівнювала напрузі на активному опорі. Якби не було активного опору, воно виявилося б рівним нулю.

Викладач: Але це випадок ідеальний. Таким самим слід рахувати і випадок паралельного з'єднання «чистої» індуктивності і «чистої» ємкості.

Що вчиться: На самій же справі котушка індуктивності містить ще і активний опір; це опір дроту, з якого котушка навита.

Викладач: Передбачимо, що активний опір включений лише в індуктивну гілку. Дійсно, активний опір котушки помітно перевищує активний опір конденсатора. Як при цьому виглядатиме векторна діаграма?

Що вчиться: Тепер струм через котушку відстає від напруги на кут, менший чим 90°.

Викладач: Вірно. І векторна діаграма при резонансі струму набере наступного вигляду (мал. 10.3). Загальний струм тепер визначається як діагональ паралелограма, як геометрична сума ix і /г. Він мінімальний при резонансі, але не дорівнює нулю. Цей струм збігається по фазі з напругою і. Частота, при якій струми в гілках рівні по величині, називається резонансною частотою («„).

Формула для резонансної частоти може бути знайдена таким чином:

Які ж відмінні риси резонансу струмів?

Рис. 4.3. Векторна діаграма струмів ланцюга

Що вчиться: Струми в гілках рівні між собою.

Викладач: Ще?

Що вчиться: Струм в загальному дроті мінімальний і збігається по фазі з напругою.

Викладач: Правильно. Можна відмітити ще наступне. Оскільки струм мінімальний, а напруга незмінна, той опір паралельному ланцюгу при резонансі струмів максимально.

Як видно з наведеного прикладу, питання про струм в загальному ланцюзі було вельми важливим, оскільки саме він допомагає розкрити фізичне єство процесів при резонансі. Якщо ланцюг ідеальний, тобто активний опір в ній відсутній, то ці процеси в ній протікають так: при підключенні ланцюга до джерела струму конденсатор отримає деякий заряд, деяку кількість електричної енергії; при розряді конденсатора через котушку енергія електричного поля переходить в енергію магнітного поля, після цього знов почнеться заряд конденсатора і цикл повторюється. В цьому випадку перехід енергії продовжуватиметься нескінченно довго і жодної енергії від зовнішнього джерела не потрібна. Адже втрати енергії, безповоротний її перехід пов'язані з наявністю активного опору, а його те в ідеальному ланцюзі немає. Отже, поповнення енергії, а значить, і струм в нерозгалуженій частині ланцюга відсутні. Якщо струм дорівнює нулю, то опір ланцюгу струму слід вважати нескінченно великим. Але такі ланцюги можна представити лише теоретично. Котушка і у меншій мірі конденсатор завжди поглинають енергію за рахунок наявності активного опору. Ось чому для існування струму необхідно поповнювати запаси енергії, і струм в нерозгалуженому ланцюзі не дорівнює нулю. Чим великими будуть втрати енергії, тим більше сила струму в цьому ланцюзі.

У одній науково-популярній книзі наводиться в зв'язку з цим така аналогія: якщо каструля на газовій плиті віддає мало теплоти в довколишній простір, то воду можна підтримувати в киплячому стані за допомогою дуже маленького вогню (випадок ланцюга з малим активним опором, в якому коливання струму підтримуються подачею малої кількості енергії від генератора). Але якщо каструля втрачає багато теплоти, наприклад, із-за великої поверхні охолоджування, то для підтримки води в стані кипіння необхідне велике полум'я. Цей випадок аналогічний ланцюгу з великим активним опором і значними втратами енергії.

Хід бесіди свідчить, що весь матеріал уроку з'являється перед учнями як система проблемних ситуацій прийняття і дозвіл яких вимагає визначених, але різних по величині зусиль. Найбільш складна із завдань-проблем з'явилася наслідком протиріччя, що здається, між знанням першого закону Кирхгофа і результатами демонстраційного експерименту. Рішення задачі наводить до появи частных, видових проблемних ситуацій, пов'язаних з побудовою векторної діаграми для паралельного з'єднання l і з прийомами здобуття резонансу струмів, характером і величиною струму в загальному дроті.

4.2.5 Демонстраційний експеримент.

Загальна характеристика демонстраційного експерименту

При викладанні технічних дисциплін демонстраційний експеримент грає важливу роль, забезпечуючи повне і всестороннє розуміння фізичних явищ. Експеримент - це один з методів наукового дослідження і вивчення різних явищ і законів. Разом з теорією він забезпечує науковість курсу і є основним засобом наочності в навчанні. Демонстраційний експеримент підвищує інтерес учнів до вивчення предмету і активізує їх мислення.

Демонстраційний експеримент є віддзеркаленням експериментального методу наукового дослідження. Треба прагнути поставити демонстрації так, щоб вони не були просто показом, а включали б елементи дослідження. Тому демонстраційний експеримент слідує частіше пов'язувати з постановкою експериментального завдання або проблеми, а також залучати для експериментального вирішення поставленої і обговореної проблеми.

При постановці демонстраційного експерименту необхідно виконувати наступні вимоги:

- забезпечити хорошу видимість, наочність і убедительность
опыта;

- забезпечити органічне поєднання показу експерименту с
речью викладача і матеріалом уроку. Темп проведения
опытов повинен відповідати темпу усного изложения
материала;

- забезпечити короткочасність досвіду;

- забезпечити наукову достовірність і правильне объяснение
результатов досвіду. Необхідно усувати побічні явления,
чтобы учні бачили саме те, що їм хоче показать
преподаватель;

- забезпечити надійність досвіду;

- забезпечити естетичність і виразність демонстрації.

Виконання перерахованих вище вимог досягається спеціально розробленою методикою і технікою постановки демонстраційного експерименту, які залежать від теоретичних знань і практичних навиків викладача, а також від якості наявного демонстраційного устаткування і приладів.

Педагогічна цінність демонстраційного досвіду залежить не лише від його ефективності в технічному відношенні, але і від хорошої видимості і виразності.

Для поліпшення видимості застосовуються наступні прийоми і засоби:

- збільшення розмірів установок і приладів;

- раціональне розташування устаткування і приладів.
Расположение устаткування повинно відповідати схеме,
вычерченной на дошці. Сполучні дроти повинні быть
хорошо видно. Найбільш важливі елементи схеми, на которых
проявляется ефект досвіду, мають бути виділені;

- використання монтажу на спеціальних панелях з крупным
графическим зображенням невеликих за розміром элементов
схемы;

- вживання засобів посилення для підвищення ефекту досвіду, а
также високочутливих вимірювальних приборов,
усилителей, осцилографів;

- створення контрастного фону для сприйняття досвіду з помощью
специальных екранів і підсвічування.

Як правило, при постановці демонстраційних дослідів рекомендується наступна послідовність дій:

1.Пояснення меті досвіду або постановка завдання.

2.Роз'яснення досвіду за допомогою схеми або малюнка.

3.Підготовка установки (або збірка схеми) і її пояснення.

4.Виділення об'єкту спостереження, на якому обнаруживается
эффект досвіду (вимірювальний прилад, лампа, магнітна стрелка,
экран осцилографа).

5.Проведення демонстрації.

6.Формулювання виводів (з активною участю учнів).

7.Підведення підсумків досвіду.

Основні види демонстрацій по темах будь-якого курсу електротехніки плануються викладачем заздалегідь з врахуванням наявного устаткування і його технічних можливостей. Відбір демонстраційних дослідів визначається методикою викладу матеріалу.

Намічені досліди мають бути певною системою, в якій окремі демонстрації зв'язані один з одним. Уточнення і конкретизація демонстрацій виробляються при підготовці до уроку. Продумиваєтся вміст демонстрації, методика і хід виконання досвіду. Експериментальні установки і прилади обов'язково мають бути перевірені напередодні уроку. Все зауваження по демонстраціях слід записувати в спеціальний журнал. Необхідно відзначати особливі деталі дослідів, незнання яких впливає на успішність виконання експерименту. Попередня підготовка до демонстрацій дослідів не повинна займати багато часу, тому її необхідно раціоналізувати. Демонстраційне устаткування (у справному стані) повинне зберігатися в спеціально призначених закритих шафах. При підготовці і проведенні демонстраційного експерименту обов'язково повинні виконуватися вимоги техніки безпеки: наявність запобіжників в джерелах живлення, справність ізоляції дротів і електроустаткування, обгороджування доступу до відкритих токоведущим частин установки і т, д.

При показі дослідів необхідно зацікавити що вчаться, залучити і зосередити їх увагу на єстві демонстрованого явища: свідченнях приладів, запаленні лампи і так далі

Для активізації уваги і мислення що вчаться необхідно давати короткі пояснення, звертатися до класу з питаннями, залучати що вчаться до планерування експерименту, до прогнозування ходу явища і результатів досвіду, до самостійних виводів і узагальнень. Так, наприклад, до постановки досвіду слід ставити питання типа:

- що станеться, якщо включити рубильник (увеличить
сопротивление, змінити частоту);

- пояснити, чому саме так протікатиме досвід.

Бажано залучати що вчаться, особливо слабо успішних, до самостійного проведення дослідів. Спочатку для підготовки устаткування і приладів, а потім для постановки,опытов в процесі закріплення і повторення матеріалу.

Наведемо приклад активізації пізнавальної діяльності виучуваних із залученням демонстраційного експерименту.

Урок на тему «Ланцюг змінного струму з послідовним з'єднанням активного і індуктивного опору».

Проблемна ситуація, яка може бути створена на даному уроці, пов'язана з тим, що виникає в представленнях учнів протиріччям між фізичними явищами в ланцюгах постійного і змінного струму. Передбачається, що учні засвоїли матеріал теми «Постійний струм» і «Електромагнетизм», а також основні характеристики змінного синусоїдального струму і закономірності процесів в ланцюгах змінного струму з активним, індуктивним і ємкісним опорами, включеними порізно. Пояснення процесів в ланцюгах змінного струму проводилося з використанням методу хвилевих і векторних діаграм.

На попередньому уроці учні отримали завдання повторити наступні питання:

- поняття про хвилеві і векторні діаграми змінної тока
и напруги;

- активний опір в ланцюзі змінного струму;

- індуктивний опір в ланцюзі змінного струму.

Пояснення нового матеріалу починається з демонстраційного експерименту. На стенді змонтована електрична схема. До ланцюга змінного струму з послідовним з'єднанням r і l підведена змінна напруга. Джерелом напруги може бути мережа змінного струму або (що краще) генератор звукової частоти. Залежно від типа джерела (частота, величина напруги) підбираються і інші елементи схеми: котушка індуктивності, резистор, вольтметри, амперметр (або міліамперметр). Схема з'єднання електроелементів викреслюється на дошці викладачем.

Далі слідує бесіда, зразковий текст якої приведений нижче.

Викладач: Погляньте на цей стенд, хлопці. На стенді зібрана схема, всі елементи якої вам добре знайомі. Тут котушка, навита з мідного електричного дроту. Паралельно їй включений вольтметр, а послідовно амперметр. Таким чином можна вимірювати струм в ланцюги і напругу на котушці. До схеми підключено джерело постійної напруги. Які величини струму і напруги на котушці?

Що вчиться: Струм рівний $А, а напруга 6В.

Викладач Правильно. Яке опір котушки?

Що вчиться: Для визначення його величини скористаємося законом Ома: Опір котушки рівний 2Ом.

Викладач: Вірно. Тепер відключимо джерело постійного струму і, нічого не змінюючи в схемі, підведемо до неї змінну синусоїдальну напругу від мережі, причому його значення, що діє, теж буде 6В, тобто рівним постійній напрузі в першому досвіді. Поглянемо на шкалу амперметра. Як перемикання джерела відбилося на величині струму, відліченій по амперметру?

Що вчиться: Струм різко зменшився. Його величина всього 0.4А. (Міркує). У чому ж справа? Адже напруга по величині не змінилася, лише стала змінною... А прилади придатні для змінних струмів і напруги?

Викладач: А ви погляньте на умовні позначення на шкалі. На які величини вони розраховані?

Що вчиться: (Розглядає шкали приладів). На змінні і -постоянные. Значить, справа не в приладах.

Викладач: Так, дійсно, прилади тут ні при чому. Тут щось інше.

Що вчиться: Можливо, тут закон Ома вже не спрацьовує і струм треба розраховувати по якій-небудь іншій формулі? Втім, немає, адже ви лише вчора пояснювали нам, що закон Ома справедливий і для змінного струму.

Викладач: У чому ж справа? Чому величина струму в ланцюзі настільки різко зменшилася? З'ясувати причину цього явища для нас надзвичайно поважно. Адже котушка індуктивності - широко поширений елемент багатьох приладів, апаратів, пристроїв автоматики, телемеханіки, радіоелектроніки (перелік прикладів видозмінюється залежно від професійної спрямованості). Ви доки не можете пояснити цього явища, оскільки не усвідомлюєте доки повною мірою фізичних процесів, проходящих в котушці індуктивності при її включенні в ланцюг змінного струму.

Таким чином, не лише сповна сформована проблемна ситуація, але і відкинуто, принаймні, дві помилкові гіпотези: одна з них - неможливість вживання закону Ома, інша - необхідність заміни вимірювальних приладів. Створюється можливість для вірного вирішення проблеми - виводу про те, що при включенні змінної напруги в котушці проявляє себе принципово новий вигляд опору, відсутній при включенні джерела постійного струму. На цьому прикладі можна прослідити виконання деяких загальновизнаних правил і умов створення проблемних ситуацій, оскільки вони, ці правила, умови, залишаються практично незмінними для всіх ситуацій, що зустрічаються в курсі електротехніки з основами промислової електроніки.

Створення проблемної ситуації засноване на тих знаннях і уміннях, якими вже володіють учні. У наведеному прикладі неможливо створити таку проблемну ситуацію, яка буде «прийнята» такими, що вчаться без засвоєння наступного круга знань і умінь, пов'язаних з фізикою електрики і електротехнікою.

При проведенні евристичної бесіди і демонстраційного експерименту можна використовувати різні прийоми, наприклад, такі:

- використання якісного або кількісного завдання. Задачу
надо поставити так, щоб учні не змогли вирішити її до
конца і відчули недостатність своїх знань.
Наприклад, перед початком вивчення ланцюгів змінного струму с
параллельным з'єднанням приймачів пропонується задача
определения величини струму в нерозгалуженій частині ланцюга по
заданным значенням струму в активному опорі. Учні
знают перший закон Кирхгофа, але вирішити завдання не можуть, так
как їм невідоме його співвідношення для змінного струму;

- вибір однієї дороги рішення з декількох можливих.
Проблема вибору оптимального варіанту вирішення задачи
постоянно зустрічається у виробничій і проектной
практике. У учбовому процесі така проблема возникает,
например, при вирішенні завдань з надлишковими даними;

- використання логічних прийомів (сравнения,
предварительного узагальнення даних, выдвижения
противоречивых гіпотез);

вживання знань в нових умовах, відмінних від тих, в
которых отримувалися теоретичні знання. Наприклад, после
изучения на уроці правила визначення направления
индуктированной Э. Д. С. або напрями движения
проводника із струмом в магнітному полі можна змінювати задані і шукані величини, вигляд малюнка і схему розташування окремих його елементів. Відомими (що раніше зустрічалися) для учнів будуть вміст малюнка і правило, яке треба застосувати. Новими умовами, що створюють проблемну ситуацію, є зміна вигляду малюнка, заданих і шуканих величин;

- зміна звичного розташування елементів схеми. Етот
способ дозволяє перевірити розуміння такими, що вчаться наиболее
существенных ознак якого-небудь варіанту соединения
приемников (послідовне, паралельне, звезда,
треугольник);

- вивчення динаміки процесу в статичних схемах, графіках и
диаграммах. Такі проблеми дуже характерні для
электротехники. Розуміння схеми і ролі окремих ее
элементов краще всього перевіряється постановкою вопросов,
связанных з можливою зміною режиму роботи схеми: как
изменится величина струму в ланцюзі при здійсненні какой-либо
коммутации, чи спалахне лампа, чи спрацює реле і так далі

Вибір типа проблемної ситуації залежить від конкретного матеріалу. Проблемні питання повинні ставитися перед учнями уміло, обов'язково з врахуванням знань, що є у них. Інакше завдання може виявитися дуже простим і не приведе до створення проблемної ситуації, або буде дуже складною і непосильною для учнів. Тому потрібно ретельно відбирати матеріал, аналізувати його структуру, виявляти суперечливі положення, враховувати особливості засвоєння даного матеріалу такими, що вчаться.

Поставлені проблеми повинні зацікавити що вчаться, лише в цьому випадку вони прагнутимуть активно шукати рішення. Виконанню завдання сприяє зв'язок вмісту проблеми з майбутньою спеціальністю учнів, розгляд реальних практичних проблем даної науки.

На підставі вищесказаного представляється можливим розробити алгоритм діяльності викладача при конструюванні проблемних технологій навчання.