Формування уявлень про фізику як основу техніки

Увага до прикладних (технічних) питань фізики в процесі навчання є закономірною і цілком виправданою. Завдяки фізичним знанням про природні явища людство

створило нову техніку та впровадило її досягнення у свій повсякденний побут;

використовувало фізичний метод дослідження інших науках і вирішувало ряд конкретних практичних завдань;

виявило шляхи вирішення глобальних проблем сучасності, і це особливо важливо для життя у III тисячолітті.

Як допомогти учням за часом абстрактними та складними для їх сприйняття матеріалами програми побачити та усвідомити практичну цінність фізичних знань, зрозуміти те, що «фізика наводить техніку в галузі випадкових знахідок на раціональну, свідому. дорогу»? Виникає і друге питання: «Яка має бути методика залучення учнів до практичних цінностей наукового пізнання фізики?»

У процесі розгляду під час уроків технічних досягнень в учнів формуються такі уявлення, мають світоглядну цінність.

• Якщо наука досліджує різні види матерії та форми її руху, то техніка ставить собі завдання використовувати наукові знання на користь людей (іноді з добрими цілями, іноді з ворожими). Техніка здатна частково чи повністю замінити людину з виробництва;

вона полегшує його працю, підвищує продуктивність.

• У процесі розвитку суспільства висновки майже будь-якої теорії з часом освоюються, зокрема технікою. Будь-який винахід відбувається з урахуванням законів природи та досягнень науки. •

• Прогрес техніки зазвичай викликає появу нових напрямів у науці та розвиток наявних; більш досконалі технічні засоби дають змогу вченим ставити всеНайскладніші наукові експерименти.

• На стику науки і техніки нерідко виникали і виникають нові технічні дисципліни, такі як технічна термодинаміка, тепло- та електротехніка, радіотехніка, атомна енергетика, інженерна фізика та ін., що свідчать про плідність спілки наукових та технічних знань.

Звернемося до фактів.

При вивченні теплових машин слід наголосити, що поява перших теплових машин — парових — і будівництво залізниць викликало бурхливий розвиток промисловості, розширення та зміцнення торгових зв'язків та економічних відносин держав.

Закінчуючи розгляд електродинаміки, увагу учнів слід привернути до того що, що розвиток теорії електромагнетизму зумовило появу електричних машин, телеграфу і телеграфних мереж, але це викликало прогрес економіки.

Розкриття ролі техніки в житті суспільства та кожної людини – соціокультурний матеріал. Ефективність його застосування у викладанні фізики забезпечує виконання наступних правил:

обов'язково висвітлювати ті винаходи, які у розвитку техніки вважаються фундаментальними та пов'язані з програмою шкільного курсу фізики;

викладення питань про взаємодію фізики та техніки будувати так, щоб спонукати учнів до аналізу фактів та формулювання ціннісних та світоглядних висновків;

постійно здійснювати систематизацію уявлень, що набувають учнів, про взаємодію фізики та техніки;

проводити планомірно контролю над засвоєнням цієї інформації.

Говорячи на уроках про взаємодію фізики та техніки, корисно звернути увагу учнів на те, що спочатку випадкові зв'язки цих галузей згодом стають все більш закономірними та міцними. Один із показників цієї тенденції — скороченнятермінів між моментом наукового відкриття та часом технічного втілення його наслідків.

• Формування світоглядних поглядів учнів на діалектичну взаємодію фізики та техніки можна реалізувати і на матеріалі про вчених-фізиків, які приділяли у своїй творчості увагу вирішенню прикладних проблем науки, у тому числі технічних. Однак не слід при цьому замовчувати тих, хто був дуже далекий від запитів практики; засуджувати їх за це в жодному разі не слід: кожен робив те, що вважав важливим, що його вабило і що найкраще йому виходило.

Розглянемо кілька фактів технічної творчості вчених.

Будучи спочатку доглядачем, а потім і директором королівського Монетного двору, І. Ньютон добився важливого технічного успіху: він налагодив перекарбування монет.

М.В-Ломоносов поряд із серйозними науковими роботами конструював фізичні, астрономічні та метеорологічні прилади, серед яких були віскозиметр, газовий барометр, телескоп-рефлектор та ін.

А.Ейнштейн - один із засновників сучасної фізики, мав на своєму рахунку близько 20 патентів на винаходи: фізичних приладів, холодильника, насоса, фотокамери та ін.

• Увагу учнів корисно звернути й на те, що володіння технічними навичками та здобуття технічної освіти допомагало майбутнім дослідникам-фізикам у їх подальшій науковій діяльності.

Г. Галілеї свій шлях у науку почав з відвідувань майстерень у Флоренції, І. Ньютон у дитинстві займався конструюванням технічних іграшок, а О. Френкель, Ш. О. Кулон, П. Н. Лебедєв, К. Рентген, П. Л. Капіца здобули вищу технічну освіту. Ці факти є прикладом ще одного (по суті непрямого) впливу технічних знань на розвиток науки.

Проте фрагмент світоглядної картинидіалектичної взаємодії фізики та техніки може постати перед учнями лише тоді, коли на уроці розглядається фундаментальний технічний винахід. Матеріал про нього привабливий для учнів своєю конкретністю, розумністю, що легко вгадується «подібністю» об'єктів минулого і сьогодення, суспільною та економічною цінністю.

Розповідь про такі винаходи слід починати з розкриття питань:

«Чому у суспільства виникла потреба у цьому винаході?», «Які наукові та технічні передумови сприяли йому?».

Наприклад, вивчаючи винахід радіо А.С.Поповим, слід розкрити такі найважливіші моменти, що передували цій події, як:

розробка Дж. К. Максвеллом теорії електромагнітного поля;

досвідчене підтвердження існування електромагнітних хвиль Г. Герцем;

подальші роботи ТА.Едісона, Е.Бранлі та О.Дж.Лоджа з електромагнітних коливань;

винахід Е.Бранлі когерера (трубки з металевою тирсою, яка під впливом електричних коливань стає провідником електрики) наштовхнуло багатьох інженерів і винахідників на думку про можливість передачі енергії без проводів. Таким чином, вже сама ідея бездротового телеграфу спонукала вчених займатися її технічним втіленням. Бездротовий зв'язок потребував морський флот усіх держав світу, що стало ще однією причиною активних дій у цьому напрямку;

приваблювала і приваблива новизна теми.

Потім слід перейти до знайомства із суттю винаходу. Можна використовувати фотографії та малюнки з «Хрестоматії з фізики» чи науково-популярної літератури. Проте більший виховний вплив справляє модель історичної установки. Вона пробуджує в учнів непідробний інтерес, особливо якщо модельпоказують у дії. Все це допомагає зрозуміти ідею винаходу і часто змушує здивуватись простоті технічного втілення.

Демонструючи модель А.С.Попова, слід розповісти про її основні вузли: чутливий когерер, «автомат» його струшування, коливальний контур, приймальну антену. Доцільно зауважити, що радіоприймач Попова працював на довгих хвилях, корисно підкреслити гуманну спрямованість його першого використання (порятунок рибалок, віднесених на крижині в морі). Корисно також зупинитися на тому, які професійні якості дозволили вченому дійти цього важливого винаходу. Своє відкриття А.С. Попов не запатентував. Це породило суперечки про визнання пріоритету.

Італійський фізик та інженер Г.Марконі у 1897 р. отримав патент на аналогічний винахід. Він зробив надзвичайно багато для розвитку радіозв'язку та впровадження радіо у повсякденне життя; удостоєний Нобелівської премії за 1909 р.

Подальші дослідження вчених з випромінювання, розповсюдження та прийому електромагнітних хвиль радіодіапазону привели в результаті до виникнення радіоелектроніки та розвитку радіофізики. Можна запропонувати підготувати доповідь про нинішні радіотехнічні пристрої.

Тим самим історія винаходу у свідомості учнів буде пов'язана із сучасністю.

• Підготовці учнів до майбутньої технічної професії значною мірою сприяють факти, що розкривають умови успішної творчої діяльності видатних інженерів та винахідників.

Коли на уроці розглядають термоелектронну емісію, зазвичай згадують ім'я американського винахідника ТА.Едісона, що першим спостерігало це явище в 1883 р. Тут можна відзначити, що ця людина запатентувала понад 1000 винаходів. Доречно навести такі слова про вченого: «геній винахідництва» — так йогоназивали. Зазвичай він був у курсі головних наукових звершень свого часу, а свої незліченні технічні ідеї перевіряв на дослідах і математичними розрахунками.

Виклад на уроках фізики подібних прикладів формує в учнів розуміння того факту, що вирішення будь-якого технічного завдання вимагає від інженера та винахідника глибоких теоретичних знань, практичних навичок у галузі експерименту та розрахунків, наявності високої технічної культури та вміння нестандартно мислити. Доречно навести слова А.Ейнштейна: «Без знань не можна винаходити, як не можна складати вірші, не знаючи мови»; і ще: «Винахіднику необхідні вроджене прагнення, і захоплення, і терпіння, і знання, і знайомство з економічними проблемами» 2 . Наголосимо: цей вислів належить фізику-теоретику найвищого рівня.

• Методика формування уявлень про діалектичну взаємодію фізики та техніки включає і звернення до історії техніки, в ході якого може бути сформульована проблема, обговорення якої сприяє більш ґрунтовному розумінню досліджуваного фізичного явища.

Наприклад, під час розгляду резонансу механічних коливань учням повідомляють факт обвалення висячого моста. Ось він.

У 1940 р. під дією сильного вітру, що дув зі швидкістю 67 км/год, нещодавно побудований через протоку Такома (США) висячий міст, що мав центральний проліт завдовжки 853 м, почав розгойдуватися і через півгодини звалився.

Інженери, які проектували міст, вміли розраховувати на його міцність. І вони діяли за законами теорії. Чим же пояснити те, що сталося?

Аналіз із учнями цієї проблеми дозволяє підійти до важливого практичного висновку: очевидно, не було враховано умови виникнення резонансу. І ще один висновок: у техніці завжди потрібно мати на увазі сукупністьфізичних явищ та ефектів.

• Підкреслимо: відомості про технічні аварії та матеріали про наукові помилки та помилки вчених допомагають учням не лише краще розібратися в суті фізичних явищ, а й формують уявлення про те, як складний навколишній світ, яких значних знань та зусиль вимагає його освоєння та як важливо думати про наслідки своєї роботи.

• Педагогу корисно мати на увазі, що взаємодія науки та техніки у другій половині XX ст. та III тисячоліття стало особливим. Наука перетворилася на продуктивну силу суспільства. Союз вчених та інженерів зміцнів і розвинувся настільки, що нерідко вчений виконує функції інженера, а інженер все частіше діє як вчений. Тому в ході вивчення основ фізики має приділятися більше уваги фактам прикладного змісту.

Слід розповісти: у сучасній фізиці постановка експериментів вимагає найскладнішого, технічного обладнання, під час підготовки якого до експлуатації фізику-досліднику доводиться займатися інженерною діяльністю: формулювати та коригувати технічне завдання, брати участь у проектуванні та налагодженні фізико-технічного устрою та пуску його. Початок великомасштабної технічної діяльності фізиків-експериментаторів поклав наш співвітчизник П.Л.Капіца, який створив установку для отримання надсильних магнітних полів. Факти такого змісту переконують учнів у необхідності як володіти фізичними знаннями, а й вміти застосовувати їх у практиці.

Особливо важливий щодо цього матеріал з історії становлення вітчизняної атомної енергетики. Розповідь у тому, як під керівництвом І.В.Курчатова розвивалася нашій країні атомна наука, створювалися досі небачені в Україні фізико-технічні устрою (реактори, прискорювачі та інших.), як іу зв'язку з цим змінювалося ставлення вчених-фізиків до прикладних проблем і завдань, які технічні горизонти відкривалися в міру роботи, справляє велике враження.

Звернення до світоглядних уявлень учнів про взаємодію фізики та техніки, їх розвиток та систематизацію можна здійснювати:

у оглядових темах курсу;

при повторенні найважливіших теоретичних положень дослідженого розділу;

при підведенні коротких підсумків до глав.

Важливо на теоретичній основі належним чином оцінити досягнуті технічні успіхи та їх роль у прогресі суспільства.

При повторенні корисна постановка проблемних питань для обмірковування та колективного обговорення взаємодії фізики і техніки, наприклад, таких: «Які закони механіки мають бути враховані при а) конструюванні ракет; б) запуску космічних апаратів?», «Чому всі спроби винайти вічний двигун закінчувалися невдачею?», «Чи враховується можливість резонансу в сучасній техніці? Де і як?".

При обмірковуванні цих та подібних питань у учнів формується власна думка, пов'язана з філософським осмисленням дійсності. Звідси один крок до відповідей на найважливіші питання: «Чи обов'язково враховувати у повсякденній практичній роботі фізичні закони?», «Чи має такий облік значення в моральному відношенні?».

• Ведучи описану вище роботу, педагог прокладає учнів шлях від простого до складного, від конкретного узагальненням. Поступово учні виробляють у собі необхідні світоглядні уявлення, важливі життя у світі.