КОМПЕТЕНТНОСТНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ НА ПРИМЕРЕ РАСЧЕТА ГЕНЕРАТОРА ПОСТОЯННОГО ТОКА ДЛЯ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научно-практическими задачами. На современном этапе образовательная политика направлена на развитие исследовательской, аналитической, инновационной и других видов деятельности в учебно-воспитательном процессе в современных высших учебных заведениях. Формирование физических знаний студентов, развитие психических процессов учащихся, их познавательного интереса, мотивации к обучению происходит, прежде всего, в процессе решения физических задач. В методике преподавания физики создана целостная система учебных физических задач с целью организации учебно-познавательной деятельности студентов в высших учебных заведениях, но недостаточна для полноценного обучения студентов в современных высших учебных заведениях.

Цель статьи. Для более глубокого осмысления студентами  содержательных линий, предусмотренных образовательным стандартом высшего профессионального образования и программными требованиями по физике в современных высших учебных заведениях, представить примеры компетентностно-ориентированных физических задач. Предлагаем компетентностно-ориентированные физические задачи в контексте ознакомления с современными техническими устройствами, которые интегрированы в различные сферы деятельности современного человека: производство, конструкторские бюро, государственные и частные учреждения, быт на примере генератора постоянного тока.

Основное содержание статьи.

Компетентностно-ориентированные физические задачи – инструмент по формированию на основе обыденного знания студентов теоретических, практических, эмпирических знаний путем соответствующего их познания в ситуациях, которые наиболее отражают современный опыт человечества и  важны для студентов.

Компетентностно-ориентированные физические задачи способствуют:

• осуществлению личностно-ориентированного, компетентностного, деятельностного подходов при обучении студентов технических специальностей, в результате чего повышается уровень практической направленности их учебно - познавательной деятельности;
• системности, функциональности, обобщенности физических знаний студентов, что приводит к пониманию ими современной системы физико-технических знаний;
• развитию технического мышления студентов.

В традиционных сборниках физических задач для студентов технических специальностей [2,4] представлен широкий спектр текстовых, графических, качественных, экспериментальных физических задач. При составлении компетентностно-ориентированных физических задач мы не отказываемся от этих хорошо зарекомендовавших себя данных методических подходов, а предлагаем информационный научный объект. При решении данных вопросов – задач студенты: создают модель, формулируют условие, выбирают альтернативные методы достижения поставленной цели и анализируют полученный ответ с конкретными техническими характеристиками.

Ниже приведены некоторые примеры компетентностно-ориентированных физических задач на примере расчета генератора постоянного тока. Предоставим некоторые рекомендации к предложенным ниже задачам.

В задачах 1 – 6 представлено описание некоторых технических и технологических харакристик с целью ознакомления студентов с ними и формирования фундаментальных физических знаний, проектно-технологической, информационно-коммуникационной, общекультурной, коммуникативной и других компетентностей [3]. Для начала дадим общие сведения про генератор постоянного тока [1].

Итак, генератор постоянного тока – электрическая машина постоянного тока, преобразующий механическую энергию в электрическую. Действие генератора постоянного тока основывается на явлении электромагнитной индукции: возбуждении переменной ЭДС в обмотке ротора (якоря), при его вращении в основном магнитном поле, создаваемом обмоткой возбуждения на полюсах. Обмотка ротора соединена с коллектором (механическим преобразователем переменного ЭДС на постоянное напряжение), по пластинам которого скользят контактные щетки, подключая обмотку к внешнему электрической цепи (см. рис. 1).

Рисунок 1. Строение генератора постоянного тока.

Мощность генераторов постоянного тока – от нескольких ватт до десятков тысяч киловатт, напряжение – от единиц до сотен и тысяч вольт. КПД их при полной нагрузке – от 0,7 до 0,96.

Генераторы постоянного тока применяют для питания постоянного тока электродвигателей, в сварочных устройствах, электрических установках самолетов, тепловозов, автомобилей, в устройствах автоматики (микрогенераторы постоянного тока), для электролиза и тому подобное.

Для примера рассмотрим генератор постоянного тока параллельного возбуждения. Данный расчет можно разделить на 3 блока: электромеханический, законы Кирхгофа, баланс мощности.

Задача 1. Тип генератора П33. На рис. 2 представлена принципиальная схема генератора постоянного тока параллельного возбуждения.

Рисунок 2. Принципиальная схема генератора постоянного тока параллельного возбуждения.

Момент приводного двигателя – 10,4 Н*м, момент нерабочего хода – 1,23 Н*м, ЭДС якоря – 236 В, электромашинная постоянная 53.1, магнитный поток – 0,154 мВб.

Задача 1.1. Найдите электромагнитный момент генератора М_ем.

Задача 1.2. Определить угловую частоту и частоту вращения ротора генератора.

Задача 1.3. Рассчитать электромагнитную мощность, подведенную мощность, полезную мощность.

Задача 1.4. Определить полные потери и потери нерабочего хода.

Задача 2. Так как рассматривается генератор постоянного тока, то для расчета его основных характеристик необходимо знать законы постоянного тока: закон Ома и законы Кирхгофа. Ток нагрузки – 10,4 А. Используя данные, полученные в задаче 1, решить следующую серию заданий.

Задача 2.1. Определить ток якоря, ток возбуждения и напряжение генератора.

Задача 2.2. Рассчитать сопротивление цепи якоря и сопротивление цепи возбуждения.

Задача 3. Завершающим этапом является проверка правильности расчетов. Для этого необходимо рассчитать баланс мощностей. Если все сходится, то расчет был произведен правильно.

Вывод. Благодаря изучению системы структурных элементов современных технических устройств и технологических процессов, которые интегрированы в университетский курс физики, создается система физических знаний студентов технических специальностей. Компетентностно-ориентированные физические задачи направлены на осознание студентами того, что получая в системе фундаментальные физические знания – это возможность их практического использования в различных сферах деятельности человека. В таких задачах происходит системная трансформация технических, научных, технологических знаний и социального опыта в различных сферах деятельности человечества в контексте формирования ключевых, компетентностей в рамках учебно-воспитательного процесса по физике в высшей школе.

Список литературы:

1.Генератор с параллельным возбуждением / [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://rza.org.ua/elteh/read/139--Generator-s-parallelnim-vozbuzhdeniem_139.html (дата обращения 10.04.2016).

2.Иродов И.Е. Задачи по общей физике / И.Е. Иродов. – Учебное пособие для вузов. — 4—е изд., исправленное. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001 — 432 с.

3.Компетенция: сущность, структура, основные виды / [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http:// uchebnikionline.com/pedagogika/ pedagogika_-_moyseyuk_nye/kompetentsiya_sut_struktura_ osnovni_vidi.htm (дата обращения 12.03.2016).

4.Трофимова Т.И. Физика. Сборник задач / Т.И. Трофимова, А.В. Фирсов. – M.: Дрофа, 2007. – 303 c. – (Среднее профессиональное образование).