§ 2. Изучение важнейших направлений технического прогресса в курсе физики - основа политехнического образования

Реализация политехнического принципа в преподавании физики в современных условиях преследует несколько важных целей. Среди них понимание учащимися роли науки в развитии материально-технической базы коммунизма. Ряд основных направлений развития народного хозяйства в текущей пятилетке базируется в значительной степени на достижениях физики.

Важной целью политехнического образования является знание школьниками тех областей физики, на которых базируется научно-техническая революция в нашей стране и в которых в первую очередь развиваются теоретические и экспериментальные исследования, в частности в области ядерной физики, физики плазмы, твердого тела, низких температур, радиофизики и электроники, квантовой электроники, механики, оптики, атомной и термоядерной энергетики, разработки новых способов преобразования энергии, создания новых конструкционных, магнитных, полупроводниковых, сверхпроводящих материалов, технически ценных кристаллов. Все это способствует формированию коммунистической личности и обеспечивает необходимую мотивацию для овладения предметом, способствует повышению познавательной активности школьников.

Вместе с тем политехническое образование готовит школьников к непосредственному труду на производстве. В постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР "О дальнейшем совершенствовании обучения, воспитания учащихся общеобразовательных школ и подготовки их к труду" сформулированы задачи трудового обучения и профессиональной ориентации школьников. В постановлении указана линия на развитие деловых контактов школы и производства, создание новых учебно-производственных комбинатов, закрепление за каждой школой базисного предприятия. Все это необходимо учитывать при обучении физике. Следует помнить, что в текущей пятилетке свыше трети выпускников средней школы пойдет непосредственно на производство. Отсюда становится понятной необходимость знакомства школьников с принципом действия конкретных объектов передовой техники, а также необходимость овладения многими практическими умениями и навыками исследования явлений и процессов, измерения физических величин, монтажа электрических цепей и технических установок, а также первоначальными навыками их эксплуатации и управления.

Если теперь суммировать эти важнейшие цели политехнического образования в курсе физики, то станет ясно, что его содержание определяется фундаментальными физическими теориями и соответствующими важнейшими направлениями технического прогресса. Таким образом, содержание политехнического образования в курсе физики определяется следующей схемой: разделы курса физики - направления научно-технического прогресса - отрасли производства - физические основы работы конкретных объектов техники. Такая система реализации политехнического принципа в курсе физики приводит к содержанию политехнического образования, отличающемуся от существующего в настоящее время.

В практике политехнического образования широко используется привлечение материала из техники, который иллюстрирует применимость известных физических явлений и законов. Это хорошо, однако на современном этапе развития науки и техники такой путь недостаточно эффективен. Подбор примеров из техники нередко оказывается для школьников случайным и не дает представления об основных направлениях развития народного хозяйства, о роли физики в его развитии, о роли науки в коммунистическом строительстве, о наиболее перспективных областях физики, революционизирующих производство.

Основываясь на документах пятилетнего плана, целесообразно выделить следующие направления технического прогресса, непосредственно связанные с физикой: механизация и автоматизация производства, производство новых материалов и совершенствование технологии их обработки, развитие энергетики и приборостроения.

Предлагаемая система включает также ознакомление с наиболее перспективными областями физики, такими, как физика твердого тела, физика низких температур, физика плазмы, квантовая электроника, оптика, ядерная физика и др., с наиболее существенными отраслями каждого из направлений и техническими объектами, представляющими эти направления и отрасли. Кроме того, в систему входят наиболее важные умения и навыки, которые облегчат учащимся овладение современной техникой на производстве и в быту. Эти навыки должны быть сформированы при проведении лабораторных работ и решении задач, а также в процессе трудового обучения и производственной практики. Каждое направление научно-технического прогресса (НТП), изучаемое в курсе физики, рассматривается в соответствующих его разделах и преимущественно в одном из них. Исключение составляет автоматизация производства, с которой знакомят учащихся на протяжении всего срока изучения курса физики, поскольку это необходимо для понимания составляющих ее элементов - датчиков, усилителей, реле и исполнительных механизмов.

Основные характеристики каждого из направлений НТП освещаются во введении к соответствующему разделу курса физики. Здесь же дается краткая характеристика современного этапа развития этого направления, называются наиболее важные его отрасли и объекты, а также задания пятилетки по его дальнейшему развитию.^По мере формирования физических понятий, овладения физическими законами и их практическим применением политехнические знания учащихся углубляются. В конце изучения раздела курса физики происходит обобщение не только физической теории, но и принципов действия технических установок, базирующихся на этой теоретической основе.

Конечно, полного соответствия между разделом физики и направлением технического прогресса нет. Например, механизация производства базируется не только на механике. Однако нужно иметь в виду, что главной задачей на уроках физики является овладение теорией науки и навыками ее применения на практике, поэтому сообщение сведений по развитию техники в каждом разделе курса физики должно служить лучшей мотивации необходимости изучения физики. Следовательно, из всего многообразия технического применения физики целесообразно для каждого раздела курса взять наиболее важные направления НТП.

Рассмотрим на некоторых примерах, какой конкретный технологический материал следует ввести в каждом из разделов школьного курса физики.

В VI классе основное содержание курса составляют сведения по механике: движение и силы, давление жидкостей и газов, работа и мощность. Поэтому здесь целесообразно дать первые сведения по механизации производства и рассказать о техническом прогрессе, который происходит в этой области в нашей стране. При этом можно ограничиться в основном тремя отраслями, показав транспортную, строительную и сельскохозяйственную технику. Для иллюстрации механических явлений и для упражнений нужно использовать конкретные примеры современной техники из каждой отрасли.

75-тонный автосамосвал 'БелАЗ'

В частности, в разделе "Физика и техника" следует дать учащимся самое общее представление о механизации производства (показать, что любая машина состоит из двигателя, передаточного и исполнительного механизмов). В качестве иллюстрации можно использовать конкретные образцы техники пятилетки (автомобиль, трактор, подъемный кран, домкрат, плуг, культиватор, комбайн и т. д.).

Далее беседа с учащимися о механизации производства возобновляется при изучении темы "Движение и силы". Здесь речь пойдет о скорости современного транспорта, о расчете пути и времени движения конкретных видов транспорта, о грузоподъемности строительных и сельскохозяйственных машин, о практическом использовании законов физики в технике (сложение сил, сила трения).

Затем при изучении темы "Давление жидкости и газов" знакомят учащихся с применением гидравлических и пневматических механизмов - прессов, тормозов, насосов, различных инструментов и приборов - в отраслях механизации производства и в конкретных машинах. При изучении вопросов плавания тел в жидкостях и газах знакомят школьников с достижениями авиации и водного транспорта.

При изучении темы "Работа и мощность" вновь возвращаются к механизации производства. Здесь появляется возможность охарактеризовать научно-технический прогресс ростом мощности парка транспортных, сельскохозяйственных и строительных машин, а также ростом единичной мощности машин: тракторов, автомобилей, самолетов и т. д. При изучении темы "Простые механизмы" можно подробно рассмотреть устройство передаточных и исполнительных механизмов в конкретных транспортных, строительных и сельскохозяйственных машинах. После изучения учащимися "золотого правила" механики и КПД механизмов следует систематизировать их знания о механизации производства, об отраслях механизации и конкретных машинах. В частности, нужно показать, что борьба с трением в механизмах - борьба за повышение их КПД, что прогресс в повышении скорости движения транспорта и выполнении работ строительными и сельскохозяйственными машинами связан с повышением мощности их двигателей. В работе всех машин заданной мощности трансформация сил связана с трансформацией скоростей.

В VII классе изучаются две темы: "Тепловые явления" и "Электричество". В первой из них целесообразно продолжить ознакомление школьников с механизацией производства в связи с изучением тепловых двигателей. Во второй теме следует сосредоточить внимание на разборе некоторых вопросов электроэнергетики.

Знакомя семиклассников с энергетикой при изучении темы "Тепловые двигатели", необходимо в доступной для них форме охарактеризовать научно-технический прогресс в создании двигателей внутреннего сгорания и паровых турбин. В частности, полезно сообщить учащимся о производстве в нашей стране тепловых энергетических блоков единичной мощностью 500 и 800 тыс. кВт.

При изучении темы "Работа и мощность электрического тока" можно объяснить учащимся назначение линий электропередач (ЛЭП) и показать прогресс в их строительстве.

Научно-технический прогресс в применении электроэнергии может быть показан школьникам в заключительном разделе "Электромагнитные явления" при изучении электромагнита, телеграфа, электромагнитного реле, телефона и электродвигателя. Впечатляющими являются сведения об автоматизации междугородной телефонной связи, об увеличении в 1,6 раза протяженности междугородных телефонных каналов, об увеличении количества телефонов в городах и сельской местности в 1,4 раза.

При изучении темы "Электрификация СССР" приводятся сведения о вводе новых мощностей на электростанциях (до 67-70 млн. кВт), в том числе на атомных - 13-15 млн. кВт.

В VIII классе основные направления механизации промышленности и сельского хозяйства в текущей пятилетке нужно раскрыть более полно, чем в VI и VII классах. Полезно выделить три направления научно-технического прогресса в этой области:

1. рост единичных мощностей выпускаемых машин и установок (в частности, расширение производства самоходных комбайнов "Колос", "Нива", "Сибиряк", производительность которых в 1,5-2 раза выше, чем у комбайнов, выпускавшихся ранее);
2. переход к созданию систем машин, охватывающих весь технологический процесс (например, увеличивается выпуск прокатного оборудования; внедряется безверетенная и бесчелночная технология в текстильном производстве; расширяется строительство зданий из готовых конструкций);
3. механизация и автоматизация производства. Здесь нужно (как и в VI классе) сосредоточить внимание на изучении транспортной, строительной и сельскохозяйственной техники. Кроме того, по выбору учителя следует рассмотреть еще одно направление механизации промышленного производства, соответствующее производственному окружению школы (металлообработка, добывающая промышленность и т. п.).

Принципы автоматизации производства трудно привязать к какому-то одному разделу курса физики. С этими принципами школьники знакомятся постепенно при изучении всего курса.

В конце изучения раздела "Механика" необходимо сделать обобщение, показав роль физической науки в развитии механизации народного хозяйства.

В VII и затем IX классе при изучении молекулярной физики целесообразно ознакомить школьников с важным направлением развития народного хозяйства - производством новых материалов с заданными механическими свойствами: плотностью, прочностью, пластичностью, упругостью и др. В десятой пятилетке производство стали увеличится на 13-20%, проката - на 17- 22%, повышается доля алюминия, титана, полимеров в общем выпуске конструкционных материалов, расширяется производство синтетических материалов. Предусматривается рост выпуска синтетических смол и пластических масс в 1,9-2,1 раза, увеличение выпуска синтетического каучука в 1,4-1,6 раза. Задача учителя здесь состоит в том, чтобы рассказать об особенностях механических свойств всех этих материалов в связи с их строением, выяснить преимущества их использования по сравнению с другими материалами.

При изучении электродинамики содержание политехнического материала должно определяться главным образом двумя направлениями технического прогресса - производством, передачей и использованием электроэнергии и автоматизацией производства.

С производством электроэнергии школьники в IX классе знакомятся уже не впервые. Первоначальные сведения об этом они получают в VII классе. В VIII классе при изучении преобразования механической энергии они знакомятся с принципом действия гидро- и ветроэлектростанции. Таким образом, в IX классе появляется возможность говорить не только о принципах получения электроэнергии, но и о наиболее важных путях развития электроэнергетики в нашей стране.

С научными основами передачи электроэнергии школьники знакомятся в связи с проблемой снижения потерь в проводах при передаче электроэнергии. Этот вопрос рассматривается при изучении темы "Постоянный электрический ток". При объяснении явления сверхпроводимости учитель может рассказать о достижениях науки в этой области и о применении этого явления в технике, в частности об ускорении работ по созданию мощных генераторов с использованием явления сверхпроводимости.

В X классе при изучении генератора переменного тока и трансформатора следует разъяснить учащимся, почему выгодно повышать единичную мощность генераторов электростанций, а также напряжение в линиях электропередач.

Широкое многообразие использования электроэнергии целесообразно показать на примерах освещения, обогрева, двигателей, систем автоматики, связи.

Особое внимание в IX классе следует уделить автоматике. Материал курса физики IX класса дает возможность ознакомить школьников с наиболее распространенными электрическими автоматами и их элементами. Важно напомнить, что в текущей пятилетке выпуск приборов и средств автоматизации возрастет в 1,6-1,7 раза, а средств вычислительной техники - в 1,8 раза.

Изучение электрического тока в вакууме, в металлах, в полупроводниках, в электролитах и газах, а также магнитного поля тока и электромагнитной индукции является хорошей теоретической подготовкой для понимания работы простейших систем автоматики и их элементов.

В X классе при изучении темы "Электромагнитные волны" школьники знакомятся с радиосвязью. Они изучают принцип радиотелефонной связи, модуляцию и демодуляцию; на этой основе знакомятся с устройством радиоприемника, радиопередатчика и с принципом радиосвязи. После изучения свойств электромагнитных воли десятиклассники знакомятся с принципом радиолокации. В результате для школьников становится доступным понимание действия важнейших радиоустройств: радиоприемника, радиолокатора.

Содержание раздела программы "Оптика" позволяет рассказать школьникам о таких направлениях технического прогресса, как светотехника, приборостроение и квантовая электроника. При этом программой предусматривается знакомство со следующими конкретными техническими объектами: фотоаппаратом, очками, лупой, микроскопом, проекционным аппаратом, люминесцентной лампой, фотоэлементом, фотоэмульсией, рентгеновской трубкой, инфракрасным и ультрафиолетовым излучением, лазером.

При изучении заключительного раздела школьного курса физики "Ядерная энергия, ее получение и использование" школьники знакомятся с ядерной энергетикой, с принципами действия атомного реактора, дозиметра, со свойствами радиоактивных изотопов и использованием их в промышленности, сельском хозяйстве, медицине.

Таким образом, содержание политехнического образования в курсе физики становится совершенно определенным и конкретным. Его стержнем являются важнейшие направления технического прогресса, базирующиеся на изучаемых разделах курса физики как на теоретической основе. Вместе с тем изучаемые направления технического прогресса органически вплетаются в школьный курс физики. Они являются своеобразным "полигоном" применения теории на практике.

Предлагаемая система политехнического образования в курсе физики средней школы для удобства пользования представ-лена в виде таблицы (табл. 1).

Таблица 1