Интеграция физических и специально-технических знаний

В.Г. Иванов,

заместитель директора по учебной работе Уфимского авиационного техникума,

заслуженный учитель Республики Башкортостан

Источник: Иванов, В.Г. Интеграция физических и специально-технических знаний / В.Г. Иванов // Учитель Башкортостана. – 2013. -№ 4. С. 76-83

Переход к подготовке специалистов, владеющих профессиональной мобиль­ностью, навыками быстрой адаптации в условиях непрерывного обновления про­изводства, методов контроля, взаимоза­меняемости и качества, технологии усовершенствования организации труда, требует углубления и расширения базо­вых знаний; дифференциации и интег­рации содержания образования по основным видам и объектам будущей профессиональной деятельности; усиле­ния профессиональной ориентации; раз­вития нестандартного и творческого мышления. Это связано с тем, что совре­менное производство нуждается в таких работниках, которые могут сознательно и целенаправленно использовать полу­ченные в учебном заведении научные знания в своей профессиональной дея­тельности. В этом аспекте обновления старшей ступени общего образования состоит в том, что образование здесь должно стать более индивидуали­зированным, функциональным и эффек­тивным.

Многолетняя практика убедительно показала, что для обучающихся позднего подросткового возраста, примерно с 15 лет. в системе образования должны быть созданы условия для реализации ими своих интересов, способностей и даль­нейших (послешкольных) жизненных планов. Социологические исследования доказывают, что большинство старше­классников (более 70%) отдают пред­почтение тому, чтобы «знать основы главных предметов, а углубленно изучать только те, которые выбираются, чтобы в них специализироваться». Иначе говоря, профилизация обучения в старших клас­сах соответствует структуре образо­вательных и жизненных установок большинства старшеклассников. При этом традиционную позицию "как можно глубже и полнее знать все изучаемые в школе предметы (химию, физику, лите­ратуру, историю и т.д.)" поддерживают около четверти старшеклассников.

Большинство старшеклассников счи­тает, что существующее ныне общее образование не дает возможностей для успешного продолжения обучения в про­фессиональной школе (в ссузе, в вузе ) и построения дальнейшей профессиональ­ной карьеры. В этом отношении нынеш­ний уровень и характер полного среднегс образования считают приемлемым менее 12% опрошенных учащихся старших классов (данные Всероссийского центра изучения общественного мнения).

Профильное обучение – средство дифференциации и индивидуализации обучения, позволяющее за счет изменений в структуре, содержании и организации образовательного процесса более полно учитывать интересы, склонности и спо­собности учащихся, создавать условия для обучения старшеклассников в соот­ветствии с их профессиональными инте­ресами и намерениями в отношении продолжения образования. Профильная школа есть институциональная форма реализации этой цели. Это основная форма, однако перспективными в отдель­ных случаях могут стать иные формы организации профильного обучения, в том числе выводящие реализацию соот­ветствующих образовательных стандар­тов и программ за стены отдельного общеобразовательного учреждения.

Специфика целей обучения физике в профильно-ориентированных классах определяется, главным образом, интере­сами и профессиональными намерениями учащихся. Среди школьных дисциплин физика занимает особое место, это свя­зано с особенностями и широким кругом воздействия ее на личность учащихся. Физика, как основа многих направлений научно-технического прогресса, одно­временно дает возможность показа школьникам гуманистической сущности научных знаний.

Процесс ее изучения содействует фор­мированию творческих способностей учащихся, их мировоззрения и убежде­ний, способствует воспитанию лично­сти.

Как же построить процесс обучения физике в школе, чтобы лучше подготовить ребят к усвоению физических основ тех­нологических процессов и профессио­нальной информации? Какими должны быть объем и содержание курса физики? Какой должна быть система практических и лабораторных работ в этих классах?

Социальный заказ определяет цель обучения физике в классах инженерно- технического профиля на подготовку спе­циалистов по машиностроительным специальностям. Для этого необходимо решить следующие задачи:

Проанализировать и выделить связь физики с техникой и спецификой будущей профессии.

Сформировать экспериментальные, вычислительные и другие навыки, обес­печивающие дальнейший профессио­нальный рост учащихся.

Развить умения работы с лабора­торным учебным и специальным обору­дованием.

При организации процесса обучения физике в профильных классах знания и умения, предусмотренные федеральным стандартом физического образования в России, являются инвариантными и обязательными. Вариативная часть должна представлять собой знания и умения политехнического характера с учетом регионального компонента.

Единство всех компонентов образо­вания является одной из ведущих идей, лежащих в основе развития современной профессиональной школы.

В современном взаимосвязанном и взаимозависимом мире в условиях уси­ливающейся глобализации всех сфер социальной действительности важнейшей особенностью педагогики является превращение интеграции в ведущую закономерность, основную тенденцию ее развития. Новые требования к уровню профессиональной подготовки выпуск­ников профессиональной школы обуслов­ливают необходимость изменения в образовательных программах общеобра­зовательной школы, внедрения современ­ных технологий обучения, направленных на повышение качества получаемых обучающимися знаний, приобретение ими уже в школе профессионально значимых знании, умении и навыков, адекват­ных новым реалиям.

Поэтому одной из важных проблем профессиональной педагогической дея­тельности учителя является установление связей в содержании, формах и методах обучения обучающихся в условиях под­готовки к продолжению обучения в про­фессиональной школе технического профиля.

Рассмотрим конкретно. В нашем регионе высокий спрос на техническое профессиональное образование. Это связано с перспективами развития машиностроительного производства на таких предприятиях, как ОАО «УМПО», ОАО «НефАЗ», ОАО «Гид­равлика» и др.

Рассмотрим пример взаимосвязи вопросов школьного курса.

ТЕМЫ ПРОГРАММЫ ПО ФИЗИКЕ

ВОПРОСЫ РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ И РАБОТЫ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

Сложение сил, действующих на тело под углом.

Равнодействующая и уравновеши­вающая

Сложение сил, действующих на клин. Сложение сил, действующих на резец при стро­гании.

Сложение сил, действующих на резец при точении

Разложение силы на две состав­ляющие направленных под углом друг к другу

Разложение силы сопротивления резанию на резце при строгании. Разложение силы сопро­тивления резания на резце при точении. Раз­ложение сил, действующих на сверло. Разложение сил, действующих на зенкер. Разложение силы сопротивления резанию, дей­ствующей на фрезу, разложение силы сопро­тивления резанию при наружном круглом шлифовании

Равновесие тела, имеющего ось вращения. Пара сил

Действие сил на резец. Действие сил на сверло. Действие сил на заготовку. Действие сил на фрезу. Действие сил на шлифовальный круг

Деформация тела. Виды деформа­ций (растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг, кручение). Движение по окружности. Круговая скорость

Виды деформаций при резании. Усадка сре­занного слоя.

Физическое понятие скорости резания: при точении, строгании, сверлении, фрезеровании, шлифовании.

Опытное определение скорости резания

Работы силы, действующей под углом и по направлению переме­щения тела.

Закон сохранения и превращения энергии в механических процессах и его применение к механизмам. Работа - мера измерения энергии. Упругие колебания

Передача и преобразование энергии при работе металлорежущего станка. Понятие мощности. Мощность процесса резания металлов. Упругие колебания полотна ножовки при реза­нии материалов

Затухающие и незатухающие коле­бания

Затухающие и незатухающие колебания полотна ножовки

Вынужденные колебания. Резо­нанс

Вынужденные колебания и резонанс полотна ножовки.

Вынужденные колебания, не связанные с про­цессом резания.

Вынужденные колебания, зависящие от про­цесса резания.

Автоколебания. Автоколебания при резании металлов. Средство борьбы с вибрациями. Сред­ства измерения колебаний при точении

Основные положения молеку- лярно-кинетической теории. Сила взаимодействия молекул

Физические причины образования нароста.

Изменение внутренней энергии в процессе теплообмена и работы

Изменение внутренней энергии в процессе резания металлов

Количество теплоты как мера измерения внутренней энергии при теплообмене

Распространение тепла. Теплообмен при реза­нии металлов

Применение смазочно-охлаждающих техноло­гических средств

Механический эквивалент теплоты

Эквивалентность количества теплоты и работы на примере резания металлов. Теплораспределение и температура в процессе резания металлов

Уравнение теплового баланса

Калориметрический метод изучения тепловых явлений при резании металлов и другие методы

Силы, действующие на балку, зацепленную одним концом. Момент изгиба

Расчет и конструирование токарного резца

Силы и крутящие моменты

Расчет и конструирование спирального сверла

Виды деформаций при резании металлов

Показать физическую сторону про­цесса деформации при резании металла нужно при изучении темы "Виды дефор­маций (растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг, кручение)". Напоминаем студентам, что режущая часть резца, как и всякого рода инструмента, представляет собой несим­метричный клин, который с силой Р вдав­ливается в обрабатываемый материал.

При этом имеют место три вида деформаций и напряжений: растяжение, сжатие и сдвиг. Причем, наибольшее удельное значение в работе резания составляет работа деформаций сжатия и сдвига.

Здесь важно отметить, что в слое металла, подвергающегося в процессе резания в основном сжатию и сдвигу, имеют место те деформации, которые сопровождают образец, подвергнутый обычному испытанию на сжатие, а именно: вначале имеют место упругие деформации, затем появляется текучесть металла, далее имеет место пластическая деформация и, наконец, происходит раз­рушение образца.

Но нужно сказать, что отличие резания от обычного сжатия образца заключается в том, что срезаемый слой металла связан с остальной массой заготовки, и это взаи­модействие удаляемого и остающегося слоя усложняет происходящий процесс деформации. Причем, оставшийся слой, т.к. слой над обрабатываемой поверх­ностью, вследствие взаимодействия со срезаемым слоем должен претерпевать деформирование сначала упругое, а затем и пластическое (рис. 1).

                                                              В

Рис. 1 Схема образования стружки

Далее нужно рассказать о методах экспериментального изучения процесса пластической деформации металлов.

Метод наблюдения боко­вой поверхности образца, подвергающегося обработке в условиях резания.

Этот метод заключается в том, что на тщательно полированную боковую поверхность образца наносится сетка и, основываясь на наблюдении деформации этой сетки в процессе резания, делается заключение. Метод наблюдения боковой поверхности образца значительно развит и усовершенствован в результате при­менения макро- и микросъемки.

Для наблюдений внешней стороны процесса деформации и тех явлений, которые с внешней стороны достаточно отчетливо выявляются, применяется мак­росъемка с использованием микроскопа.

Пластическая деформация при реза­нии металлов внешне проявляется в том, что толщина стружки а, становится больше толщины среза а. Но поскольку при этом происходит изменение формы, а объем остается прежним, то длина стружки L становится короче пути L , пройденного резцом. Явление укорочения стружки по длине и увеличения по тол­щине называют усадкой стружки (рис. 2). Ее величина характеризуется коэффициентом усадки

Коэффициент усадки является кос­венным показателем интенсивности пла­стической деформации при резании металлов.

Практически величина коэффициента усадки стружки (рис. 3) находится в пре­делах 1,5...4.

В случае, когда относительный сдвиг имеет минимальное значение, т.е. стружка получает наименьшую пластическую деформацию, то усадки стружки не наблюдается. Коэффициент усадки стружки косвенно выражает пластиче­скую деформацию.

Факторы, влияющие на усадку стружки:

Литература

Асадуллин, P.M. Новые ориентиры развития профессио­нального образования: монография / P.M. Аса­дуллин, Л.И. Васильев, В.Г. Иванов. - Уфа: Вагант, 2008.

Даянов С.Б., Иванов В.Г. Термогазо­динамика. / Учебное пособие - Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2009.

Иванов В.Г. Теория интеграции образо­вания: научное издание / В.Г.Иванов. - Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2005.

Иванов В.Г., Шустер Т.И. Интеграция физических и специально-технических знаний / В.Г. Иванов, Т.И. Шустер: Учебное пособие. Часть I. - Уфа: РИО РУНМЦ Госкомнауки РБ, 2000.

Иванов В.Г., Шустер Т.И. Интеграция физических и специально-технических знаний при изучении дисциплин "Процессы формооб­разования и инструмент" и "Металлообраба­тывающее оборудование" / В.Г. Иванов, Т.И. Шустер: Учебное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. - Уфа: РИО РУНМЦ МО РБ, 2010.